Автоматизированное проектирование стального балочного перекрытия. Учебное пособие
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»
С.Б.Колоколов, О.В.Никулина, С.В.Лисов
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАЛЬНОГО БАЛОЧНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ
Рекомендовано Ученым советом федерального государственного бюджетного образовательного
учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»
в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования направления 270800.62 Строительство
Оренбург
2014
УДК 624.014:004 (07)
ББК 38.54я7
К61
Рецензент – генеральный директор ЗАО НПП «Энергоаудит», кандидат технических наук, доцент С.В.Миронов
Колоколов, С.Б.
К61 Автоматизированное проектирование стального балочного перекрытия: учебное пособие/ С.Б.Колоколов, О.В.Никулина, С.В. Лисов; Оренбургский гос. ун-т - Оренбург: ОГУ, 2014. - 136 с.
ISBN
В пособии приводится диалоговая обучающая система автоматизированного проектирования балочной площадки, теоретические основы и практические рекомендации к выбору проектных решений.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по специальностям направления 270800.62 - Строительство, выполняющих курсовое проектирование по дисциплинам «Металлические конструкции» и «Металлические конструкции, включая сварку».
Учебное пособие разработано при поддержке Федеральной программы «Кадры регионов».
3305000000 |
УДК 624.014:004 (07) |
К_____________________ |
ББК 38.54я7 |
ISBN |
Колоколов С.Б, Никулина О.В., Лисов С.В., 2014 |
|
ОГУ, 2014 |
2
Содержание
Введение……………………………………………………………………….. 4
1 Общие сведения о балочных площадках …………………………………… 6
2Работа с программным комплексом…………………………………………. 10
3Диалоговая система проектирования………………………………………... 13
4Комментарии к выбору проектных решений……………………………….. 40
Список использованных источников………………………………………... 103
Приложение А Нормативные и расчетные сопротивления листового и 104
фасонного проката…………………………………………………………….
Приложение Б Коэффициенты для расчета на прочность с учетом 106 пластических деформаций……………………………………………………
Приложение В Сортамент горячекатанных двутавров (с уклоном 107
внутренних граней полок)…………………………………………………….
Приложение Г Сортамент горячекатанных двутавров с параллельными 109
гранями полок………………………………………………………………….
Приложение Д Сортамент листового проката……………………………... 115
Приложение Е Коэффициенты для определения критических напряже116
ний……………………………………………………………………………...
Приложение Ж Материалы для сварки и расчетные сопротивления швов 118
Приложение И Нормативные показатели сварных швов………………….. 121
Приложение К Данные для расчета соединений на высокопрочных 123
болтах…………………………………………………………………………..
Приложение Л Расчетные сопротивления проката смятию торцевой 126
поверхности……………………………………………………………………
Приложение М Задания на выполнение курсового проекта………………. 127
Приложение Н Вертикальные предельные прогибы балок……………….. 132
Приложение П Коэффициенты для проверки на устойчивость централь133
но-сжатых стержней…………………………………………………………..
3
Введение
Проектирование балочной площадки является классическим способом приобретения опыта проектирования. При проектировании составных балок, узлов сопряжения балок, монтажных стыков приходится выполнять математическое моделирование практически всех основных видов напряженного состояния элементов и их соединений. Определение оптимальных параметров балочной площадки в целом и входящих в неё элементов связано с большим количеством вычислений, в процессе которых неоднократно возникает необходимость выбора решений, оптимальность которых не очевидна, возникают ситуации, когда требуется изменять ранее принятые решения, возвращаться при этом назад и поверять расчеты с измененными характеристиками. При «ручном» проектировании, т.е. при выполнении расчетов вручную, значительная часть времени уходит на рутинную вычислительную работу, что не позволяет в полной мере обеспечить творческий характер проектирования. В то же время достаточно эффективная математическая база проектирования балочной площадки позволяет полностью автоматизировать этот процесс с помощью современной компьютерной техники. Ясно, что с точки зрения обучения проектированию использование автоматизированных систем, решающих эту задачу без участия проектировщика,
совершенно неприемлемо.
Авторами разработана учебная автоматизированная система проектирования балочной площадки, при работе с которой студент, выступающий в роли проектировщика, практически избавлен от ручной вычислительной работы (ее за него выполняет компьютер), но в диалоговом режиме осуществляет последовательное, согласованное с нормами проектирования, принятие проектных решений и может непосредственно оценить их эффективность.
В настоящем пособии приводится описание работы с разработанной компьютерной программой, осуществляющей проектирование, диалоговая система
(перечень запросов компьютера и маршрут проектирования), а также теоретическое и методическое обеспечение в виде комментариев, помогающих принимать
4
осмысленные проектные решения, обоснование которых в последующем должно
быть изложено |
в пояснительной записке к курсовому проекту (работе). В |
|||
приложении приведена информационная база проектирования в виде таблиц. |
||||
Пособие |
предусмотрено |
для использования |
студентами |
строительных |
специальностей |
при курсовом |
проектировании |
в рамках |
дисциплины |
«Металлические конструкции».
5
1 Общие сведения о балочных площадках
Балочные площадки под тяжелое стационарное оборудование выполняют в виде самостоятельных сооружений, расположенных внутри производственного корпуса. Такие площадки представляют собой систему несущих балок (балочную клетку) с настилом, опирающуюся на отдельные колонны. Балки, непосредственно поддерживающие настил, называются балками настила, а балки, ориентированные в направлении большего шага колонн и опирающиеся на колонны, называются
главными. Если в состав балочной клетки входят только два вида балок (балки настила и главные балки), то она составляет конструктивную основу балочной площадки нормального типа. При нормативной нагрузке на площадку более 10
кН/м2 или при расстоянии между главными балками более 9 м может оказаться более эффективной балочная клетка усложненного типа с введением третьего
(промежуточного) яруса балок – вспомогательных. Схемы балочных клеток определяются прежде всего расположением оборудования и типом настила. Кроме того, при выборе компоновочной схемы стремятся к наименьшим затратам материала (стали) и наиболее простому пути передачи нагрузки на колонны.
В качестве настила площадок используют стальные листы из плоской толстолистовой или рифленой стали с подкреплением их ребрами жесткости в виде одиночных уголков, приваренных одной полкой, или полос стали толщиной 6мм.
Другими вариантами конструктивных решений настилов являются плиты из сборного или монолитного железобетона, а также сталежелезобетонный настил из монолитного железобетона с несъемной опалубкой из стального профилированного листа. В курсовом проекте (работе) балочная площадка проектируется цельнометаллической, поэтому рассматривается только один вариант настила – с
использованием стальных листов.
По статической схеме балки в площадках проектируют разрезными и неразрезными. Разрезные балочные конструкции безусловно получаются тяжелее,
но чаще всего проще в изготовлении и монтаже, чем неразрезные. В курсовом
6
проекте (работе) для балок настила, вспомогательных балок и главных балок реализована разрезная статическая схема, в которой все балки рассматриваются как однопролетные шарнирно опертые стержни.
Способы сопряжений балок между собой также могут быть различными:
этажное сопряжение, в одном уровне и пониженное. Реализация первых двух способов возможна при любом варианте компоновки площадки, а пониженное сопряжение может быть использовано только в балочной площадке усложненного типа.
Сечения балок настила и вспомогательных балок проектируются из прокатных двутавров (обыкновенных или с параллельными гранями полок типа Б или Ш), а сечения главных балок – составными из трех листов, так как при пролетах более 8 м применение прокатных профилей становится нерациональным.
Колонны, поддерживающие площадку, представляют собой сплошные или сквозные стержни, шарнирно соединенные с главными балками площадки и с фундаментом. Сплошное сечение колонн проектируется либо прокатным (например,
из двутавров с параллельными гранями полок типа К), либо составным (из трех листов). Стержень сквозных колонн выполняют из двух ветвей (прокатные швеллеры либо двутавры) или из четырех ветвей (прокатные уголки).
Соединительную решетку в сквозных колоннах проектируют по безраскосному или раскосному варианту. В первом случае ветви соединяют между собой плоскими стальными полосами (планками), а во втором случае роль соединительных элементов выполняют диагонально расположенные раскосы из одиночных уголков либо из тавров.
Геометрическая неизменяемость всего сооружения обеспечивается системой вертикальных связей, устанавливаемых вдоль крайних рядов колонн. При шаге колонн до 8 м принимается крестообразная схема связей, а при большем шаге
– портальная .
Последовательность работ по проектированию элементов балочной площадки следующая:
7
-компоновка двух вариантов ячеек балочной площадки: нормального (I) и
усложненного (II) типов (назначение расстояний между балками настила и вспомогательными балками);
-подбор сечения балки настила первого варианта компоновки (с проверками прочности и жесткости);
-подбор сечения балки настила второго варианта компоновки;
-подбор сечения вспомогательной балки второго варианта компоновки (с
проверками прочности, жесткости и общей устойчивости);
-определение расхода стали на квадратный метр поверхности площадки по двум вариантам компоновки и выбор наиболее экономичной схемы по критерию минимального расхода стали;
-компоновка сечения главной балки (назначение высоты сечения, толщины стенки, ширины и толщины полок);
-проверка местной устойчивости сжатого пояса главной балки;
-расстановка поперечных ребер жесткости в стенке главной балки;
-проверка прочности скомпонованного сечения главной балки по
нормальным напряжениям;
-изменение сечения главной балки по ее длине;
-проверка прочности уменьшенного сечения главной балки по касательным напряжениям;
-проверка прочности стенки главной балки по приведенным напряжениям;
-проверка общей устойчивости главной балки в середине ее пролета и на
опоре;
-проверка местной устойчивости стенки главной балки в упругой области;
-расчет поясных сварных швов (соединение полок главной балки со стенкой);
-конструирование и расчет укрупнительного стыка главной балки на высокопрочных болтах с контролируемым усилием натяжения;
-конструирование и расчет опорной части главной балки.
8
Прежде чем приступить к работе с программным комплексом необходимо выбрать класс стали (см. комментарий 2), чтобы не было задержки в работе, т.к.
данные по выбору стали в пособии не приводятся.
9
2 Работа с программным комплексом
Программа, осуществляющая автоматическое выполнение расчетных процедур, составлена на языке Паскаль и работает в операционный среде Windows.
Проектирование проходит в диалоговом режиме: пользователь анализирует выводимую на экран дисплея информацию и последовательно вводит в память
компьютера запрашиваемые данные, предварительно, при необходимости, делая выбор или другие несложные операции. Поскольку программа имеет учебный
характер, студент при работе с ней пользуется комментариями, в которых
приводятся теоретические сведения о конкретных проектных процедурах,
методические указания и рекомендации к принятию решений. Проектирование может быть осуществлено за один сеанс или за несколько сеансов. Для удобства работы в последнем случае весь процесс проектирования разбит на восемь этапов.
По окончании каждого этапа производится автоматическая запись необходимой для последующих этапов информации в специально созданный файл, что позволяет в следующем сеансе начать работу сразу с очередного этапа.
При работе с программой необходимо соблюдать ряд требований и
рекомендаций, обеспечивающих благополучное выполнение проектирования.
1. Запуск программы |
осуществляется обычным способом. Программа |
называется BALKA13. После |
запуска на экране появляется первый запрос: |
«Введите номер этапа проектирования; если проектирование только начинается, то введите 1». В случае, если в ответ на этот запрос введена единица, то компьютер попросит ввести имя файла для размещения вводимой информации. В ответ на этот запрос надо ввести имя файла латинскими буквами, удобное для запоминания, с
расширением ТХТ. Лучше всего имя связать с фамилией студента, например,
студент с фамилией Азбукин может назвать свой файл AZBUKIN.ТХТ. Название файла рекомендуется запомнить, а еще лучше -записать, т.к. в нем будет содержаться вся информация, накопленная в компьютере в процессе расчета, и
10