Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Автоматизированное проектирование балочной площадки. Учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
06.09.2026
Размер:
1 Мб
Скачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования «Оренбургский государственный университет»
С.Б.КОЛОКОЛОВ, О.В.НИКУЛИНА
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЛОЧНОЙ
ПЛОЩАДКИ
Рекомендовано Ученым советом государственного образовательного
учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский
государственный университет» в качестве учебного пособия для студентов,
обучающихся по программам высшего профессионального образования по
специальностям направления 653500 – «Строительство»
Оренбург 2004
ББК 38.54я7
К61 УДК 624.014:004 (07)
Рецензент
кандидат технических наук, доцент М.И.Климов
Колоколов С.Б, Никулина О.В.
К61 Автоматизированное проектирование балочной площадки: Учебное
пособие, - Оренбург: ОГУ, 2004.- 119с.
ISBN
В пособии приводится диалоговая 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 653500-Строительство, выполняющих курсовое проектирование по дисциплине «Металлические конструкции».
3305000000 К------------- ББК 38.54я7
ISBN Колоколов С.Б, Никулина О.В., 2004 ГОУ ОГУ, 2004
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 программой, осуществляющей проектирование, диалоговая система (перечень запросов компьютера и маршрут проектирования), а также теоретическое обеспечение в виде комментариев, позволяющих принимать 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».
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/м 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 значительно проще в изготовлении и монтаже, чем неразрезные. В курсовом проекте (работе) для балок настила, вспомогательных балок и главных балок реализована разрезная статическая схема: 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 8м применение прокатных профилей становится нерациональным.
2
Колонны, поддерживающие площадку, представляют собой сплошные или сквозные стержни, шарнирно соединенные с главными балками площадки и с фундаментом. Сплошное сечение колонн проектируется либо прокатным (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:
- 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 (с минимальным расходом 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 местной устойчивости стенки главной балки в зоне ограниченного развития пластических деформаций;
- 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.
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.
2 Работа с программным комплексом
Программа, осуществляющая автоматическое выполнение расчетных процедур, составлена на языке Паскаль и работает в операционный среде Far. 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 шесть 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, как было отмечено выше, в операционной среде Far обычным способом. Программа называется SAPRBALKA. 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 этот файл будет использован и в последующих сеансах, вплоть до окончания расчета.
Если Вы приступаете к работе с системой не с первого этапа, т.е. вводите на запрос о номере этапа число от 2 до 6, то компьютер попросит указать имя файла, в котором хранится информация, накопленная в предыдущем сеансе. Компьютер начинает работу с того, что вводит из
указанного файла имеющуюся там информацию и передает управление на начало того этапа, который указан Вами в ответ на первый запрос. Это избавляет Вас от прохождения предыдущих этапов. Чтобы не произошло сбоев, рекомендуем по окончании сеанса записать номер этапа, который был пройден Вами до окончания работы на предыдущем сеансе. Если Вы ошиблись и указали, например, номер 5 в то время, как на прошлом сеансе работали на четвертом этапе и его не завершили, то часть информации, не выработанная на четвертом этапе и нужная для последующих расчетов, будет отсутствовать, что приведёт к ошибкам в расчетах. Напомним также, что, если Вы забыли название файла, в который была записана информация предыдущего сеанса, нужно начинать работу с первого этапа.
2. Как правило, компьютер в процессе работы просит ввести те или иные числовые данные. Если эти данные имеют размерности, компьютер указывает в каких единицах следует вводить величины. Внимательно посмотрите, в какой размерности нужно ввести величину и, если необходимо, аккуратно преобразуйте её в соответствующую запросу размерность.
3. Прежде, чем ввести данные в компьютер, внимательно ознакомьтесь с комментарием к этому пункту. Номер комментария следует искать в таблице сообщений компьютера. Рекомендуем при работе с программой каждый шаг сверять с этой таблицей, поскольку время от времени программа «перескакивает» в другое место таблицы. Иногда для ответа на запрос компьютера необходимо выбрать нужную величину из таблиц, приведенных в Приложении, или произвести сравнение каких-либо величин, а иногда и выполнить несложные вычисления.
4. Рекомендуется все вводимые величины, а также появляющиеся на экране результаты вычислений, выполненных компьютером, записывать в строгой последовательности, поскольку промежуточная информация в файл не заносится, а она нужна Вам для оформления пояснительной записки. Кроме того, при возможном сбое в работе программы нужно будет повторить работу, и в этом случае Ваши записи существенно облегчат эту процедуру.
5. В определенных местах программы предусмотрена возможность альтернативного решения. Например, компьютер спрашивает: «Следует изменить толщину настила? Да: 1, нет: 0». Т.е., если Вы в ответ введете единицу, то произойдет переход в то место, где вводится толщина настила, а если ноль, то будет продолжена работа с прежней толщиной. Такие места программы можно использовать и для исправления некоторых допущенных (в том числе замеченных уже после ввода данных) ошибок.
6. Очень важно знать и помнить, что прекратить работу с программой можно лишь разрешенным способом – в местах программы, где компьютер спрашивает: «Прекратить работу программы?» В этом случае сохраняется введенная информация и не нарушается работа компьютера. Не используйте другие способы прекращения работы! Если вдруг Вы обнаружите, что ввели неверные данные и захотите исправить ошибку, вернувшись в предыдущий этап, то следует продолжить работу, вводя какие-либо числа до тех пор, пока программа не дойдет до места, где возможно прекратить её работу. Не
печальтесь, если на это уйдет одна-другая лишняя минута: зато не будет потеряна введенная ранее верная информация. Возможность выхода из программы предоставляется по окончании каждого этапа проектирования! Если же Вы поспешите и прекратите работу не предусмотренным программой способом, то информация будет потеряна и придется в новом сеансе работы начинать все сначала.
3 Диалоговая система проектирования
Таблица 1
Но­мер
сооб
Текст сообщения или
запроса компьютера ще­ния
1 2 3 4 5 1 Введите номер этапа
проектирования.
Если проектирование только
начинается, то введите 1
2 Введите имя файла для
размещения вводимой
информации
3 Введите имя файла с
информацией предыдущего
сеанса
4 Введите расстояние между
главными балками в м
Действие
пользо-
вателя
Вводит
число
Вводит
название
файла
Вводит
название
файла
Вводит
число
Действие
компьютера
1
Номер
коммен-
тария
Продолжение таблицы 1
1 2 3 4 5 5 Введите пролет главной
балки в м
6 Введите временную
нагрузку на настил в кПа
7 Введите расчетное
сопротивление стали для
балки настила в кН/см
2
8 Введите расчетное
сопротивление стали
Вводит
число
Вводит
число
Вводит
число
Вводит
число
1
1
2
2
для вспомогательной балки в
кН/см
9 Введите расчетное
сопротивление стали для
главной балки в кН/см
10 Введите коэффициент
условия работы балок при
2
Вводит
2
число
2
Вводит
3
число
расчете на прочность
11 Введите коэффициент
условия работы балок при
Вводит
число
3
расчете на устойчивость
12 Введите модуль упругости в
кН/см
2
13 Введите коэффициент
Пуассона
14 Введите плотность стали
в кгс/м
3
15 Введите коэффициент
надежности по собственному
Вводит
число
Вводит
число
Вводит
число
Вводит
число
4
4
4
5
весу металлических
конструкций
16 Введите коэффициент
надежности для временной
Вводит
число
5
нагрузки
Продолжение таблицы 1
1 2 3 4 5
17 В Н И М А Н И Е !
Если Вы обнаружили ошибку
во вводе, то введите 1, если
ошибок нет, то 0
Вводит
число
Если
введена 1, то
переход к
пункту 4.
Если введен
0, то переход
к следую-
щему пункту
18 Выберите в зависимости от
заданной нагрузки и введите
Вводит
число
6
толщину настила по
первому варианту
компоновки в мм
19 Максимально возможный по
условию прогиба настила
Печатает
число
шаг балок настила
20 Количество балок настила по
первому варианту
Печатает
число
компоновки
21 Шаг балок настила по
первому варианту
Печатает
число
компоновки
22 Следует изменить толщину
настила?: да:1, нет:0
Вводит
число
Если
введена
цифра 1, то
переход к
пункту 18.
Если
введена
цифра 0, то
переход к
следующему
пункту
6
6
6
6
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]