метод указ к КР магистры

11

•оформление проектного задания. 2. Рабочий проект КМ (50%):

•уточненная конструктивная разработка принятого варианта каркаса

здания;

•выполнение статического расчета с использование современных про- граммных комплексов;

•проверочный конструктивный расчет несущей конструкции каркаса;

•оформление соответствующего раздела расчетно-пояснительной за- писки и чертежа на листе формата А2.

3. Рабочий проект КМД (15%):

•разработка сборочно-деталировочного чертежа отправочной марки не- сущей конструкции;

•оформление проекта КМД.

4. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Методически курсовое проектирование осуществляется в той же после- довательности, что и проектирование реальных объектов.

4.1. Проектное задание

Изучение типовых стальных конструкций каркасов ставит своей целью обеспечить студента-магистра необходимыми сведениями о конструктивных схемах современных каркасов зданий, их особенностях и требованиях, предъ- являемых к ним при проектировании.

Прежде всего, студент-магистр должен восстановить в памяти основ- ные разделы общего курса металлических конструкций [1–4], а также соот-

ветствующих инструкций о составе и оформлении строительных рабочих чертежей зданий и сооружений [5].

Далее необходимо сопоставить исходные данные для проектирования с областями применения стальных конструкций каркасов (см. прил. 3) и, в слу- чае необходимости, откорректировать их с преподавателем.

К подготовительному этапу выполнения проектного задания, и очень ответственному, следует отнести изучение конструктивных решений карка- сов либо по типовым проектам, либо по сокращенным вариантам, приведен- ным в помощь студенту в методических указаниях к самостоятельной работе.

Составление компоновочных схем вариантов каркаса является важней- шим и принципиальным этапом проектирования. При этом осуществляется постепенное приближение к окончательной схеме варианта с учетом требова- ний эксплуатационного, технического, экономического, производственного и эстетического характера. Процесс разработки компоновочных схем сооруже- ния, как творческий процесс, характеризуется многозначностью решений,

вследствие чего он должен проводиться на базе критического анализа ряда

12

возможных вариантов. При этом необходимо найти оптимальный вариант, исходя из требований обеспечения минимального расхода материала, наи- меньшей трудоемкости изготовления и монтажа конструкций, наибольшей

быстроты возведения сооружения и наименьшей его общей стоимости при безусловном обеспечении надежности эксплуатации. Известно, что эти тре- бования зачастую находятся между собой в диалектическом противоречии, вследствие чего предложить решение, удовлетворяющее одинаково все тре- бования, практически невозможно. При разработке вариантов следует учиты- вать, что они должны быть сопоставимы по основным параметрам.

В данной курсовой работе задача составления компоновочных схем ва- риантов каркаса ограничена рамками типового проекта.

Методически эта задача, например, для каркаса «Канск» решается сле- дующим образом:

•по типовому проекту выбираются варианты конструктивного решения каркаса здания и составляются его компоновочные схемы – схемы располо- жения рам, прогонов (панелей кровли) и связей; при этом учитывается вы- бранная конструкция покрытия и стенового ограждения, а также расположе- ние фахверка;

•подсчитывается суммарная расчетная эквивалентная нагрузка на ри- гель покрытия в Па (паскалях), включающая все действующие на него на- грузки: собственный вес конструкций покрытия без веса ригелей рам; снего- вую нагрузку; эквивалентную нагрузку от подвесных кранов (см. прил. 4), ес- ли они имеются;

•по суммарной эквивалентной нагрузке в зависимости от заданных па- раметров здания (величины пролетов, количества пролетов, высоты здания, шага рам) находится тип рамы с указанием марок ригелей и колонн (марки- ровочная схема рамы);

•при наличии мостовых кранов в зависимости от их грузоподъемности,

шага рам и отметок опирания кранов выбирается марка подкрановой балки и торцевых балок для опирания подкрановых балок.

•при наличии подвесного транспорта пути для него выбираются по аль-

бому 7–10–80/85;

•по величине эквивалентной нагрузки и наличия или отсутствия под- весных путей выбираются торцевые балки покрытия;

•по архитектурным чертежам устанавливаются положения дополни- тельных ригелей фахверка, пользуясь при этом рекомендациями документов

23, 24 КМ;

•в зависимости от наличия или отсутствия сейсмичности выбираются вертикальные связи по колоннам всех рядов; при отсутствии сейсмичности предельная длина температурного блока, положение и количество связей оп- ределяются по таблице 42 СНиП II-23-81* [6]; при наличии сейсмичности

предельная длина деформационного блока и положение вертикальных связей назначаются по документу 18 КМ;

13

● по сортаментам ригелей рам, стоек фахверков, вертикальных связей, кровельных панелей, прогонов и других элементов в зависимости от марки

находится сечение всех перечисленных конструкций и подсчитывается их масса; результаты заносятся в таблицу, форма которой приводится ниже.

Итого: ∑

•определяются удельные показатели по расходу стали, отнесенные к одному квадратному метру плана здания;

•анализируются металлоемкость каркасов и их конструктивные реше-

ния;

•выбирается вариант каркаса для дальнейшей разработки.

Иногда по учебным соображениям по указанию руководителя проекта к разработке принимается вариант, не являющийся наиболее оптимальным.

Пример решения такой же задачи для каркаса «УНИТЕК» приводится в методических указаниях к самостоятельной работе студентов.

4.2. Рабочий проект КМ выбранного варианта каркаса

Основная цель этого раздела проектирования состоит в уточнении и де-

тализации конструктивных решений отдельных элементов каркаса принятого варианта, а также их сопряжений на основе необходимых статических и кон- структивных расчетов.

Проведение статических расчетов возможно только после установления четкой конструктивной схемы сооружения и имеет своей целью определение внутренних усилий в элементах сооружения от действующих на него внеш- них нагрузок и воздействий. Номенклатура нагрузок, их сочетание и величи- ны принимаются в соответствии с действующими нормами.

Учитывая необходимость выполнения раздельных расчетов по многим видам загружений, целесообразно выполнять статические расчеты, а также и конструктивные, на ЭВМ по разработанным для этих целей программным комплексам SCAD Office, Лира, COSMOS, ANSYS.

Программы SCAD Office (рис. 3), Лира, COSMOS, ANSYS разработаны под операционной системой Windows или Unix.

15

тить возможность сочетать составление простых расчетных схем на основе прототипов – встроенных в программу заготовок схем наиболее часто рассчи- тываемых конструкций или их частей – с возможностью задавать параметры (размеры, количество пролетов, этажей и др.). Привлекает также наличие баз данных сечений прокатных, гнутых и др. профилей элементов конструкций, характеристик материалов по российским стандартам.

Популярность SCAD Office основана также на унаследованном от ЛИ- РЫ соединении расчета с задачами проектирования: подбор сечений, армиро- вание, сейсмические и другие расчеты, требуемые СНиПами и сравнительно легко автоматизируемые.

ПК SCAD позволяет наиболее наглядно, доступно редактировать и структурировать средства подготовки данных. В отличие от других программ здесь имеются панели для изменения свойств узлов, конечных элементов и других частей расчетной схемы. Только многочисленные кнопки графических фильтров одинакового вида, спрятанные среди второстепенных, кнопки «Схе- ма управления», «ОК», «Отмена» и некоторые другие немного портят карти- ну.

Программные комплексы COSMOS, ANSYS, NASTRAN (США) по- строены по примерно одинаковой схеме. Инструменты подготовки данных здесь в меньшей степени, но более четко структурированы, менее удобны средства редактирования и нет процедур проектирования. Однако можно ис-

пользовать мощные средства подготовки расчетных схем конструкций самой разнообразной формы и степени сложности.

Основной порядок построения расчетной схемы: создание геометриче- ской формы, определение свойств используемых конечных элементов, нане- сение сеток из этих элементов-ячеек на построенные геометрические формы, задание внешних воздействий – геометрических связей и статических либо динамических нагрузок.

При изучении дисциплин, связанных с расчетом конструкций, прораба- тывают два основных момента.

Первый – овладение системой понятий, описывающих деформирование и прочность: деформации, напряжения, внутренние усилия, силовые потоки и др., составляющие основу математических моделей конструкций. На это на- правлена учебная деятельность, состоящая в решении небольших учебных за- дач с анализом на основе этих понятий.

Второй – выработка инженерной интуиции: как ведут себя различные конструкции в тех или иных условиях. Это достигается анализом особенно- стей различных конструкций на большом количестве примеров. Здесь и необ-

ходимы хорошие программы для быстрого расчета вариантов и осмысливание полученных результатов, включая некоторые исследовательские задачи о влиянии на НДС того или иного параметра конструкции, а также переход к оптимизации.

Рассмотренные программные комплексы SCAD Office; COSMOS,

16

ANSYS, представляют для этого широкий набор средств. Трудность только в том, что в них использованы далеко не все имеющиеся на современных ком- пьютерах резервы улучшения «дружественности» к пользователю, и требует- ся много времени на их изучение, которого в учебных планах нет.

Учитывая повышенный интерес студентов к таким программным сред- ствам, можно использовать факультативное изучение этих программ. При этом расширяется кругозор студентов, понимание принципов построения та- ких комплексов. Владение одной программой позволяет относительно легко осваивать и другие.

4.2.1 Указания по определению расчетных нагрузок на раму

1.При формировании схемы загружения рамы постоянной нагрузкой необходимо учесть конструкцию покрытия, кровли и стен выбранного вари- анта здания, а также наличие подкрановых конструкций или балок путей под- весного транспорта, если они имеются.

К числу постоянных нагрузок, подлежащих определению относятся: нагрузки от веса конструкций покрытия и кровли, в т.ч. от собственного

веса ригеля; нагрузки от стенового ограждения;

нагрузки от веса колонн;

нагрузки от собственного веса подкрановых конструкций или путей подвесного транспорта.

2.При подсчете кратковременных нагрузок – горизонтальных крановых (торможение), снега и ветра – необходимо руководствоваться указаниями СНиП [7].

При определении расчетных нагрузок на раму студент-магистр должен пользоваться вспомогательной программой ВЕСТ системы SCAD Office (рис.3). Программа предназначена для выполнения расчетов, связанных с оп- ределением нагрузок и воздействий на строительные конструкции в соответ- ствии с рекомендациями СНиП 2.01.07-85* [7].

Расчётные режимы включают:

• Собственный вес – определение значений нагрузки, приходящейся на единицу площади, от собственного веса многослойного пакета из различных материалов;

• Временные – определяются значения равномерно распределенных временных нагрузок (полных и пониженных значений) в различных помеще- ниях в соответствии с указаниями табл.3 СНиП [7].

• Ветер – вычисление статической компоненты ветровых нагрузок для сооружений различного типа из числа предусмотренных приложением 4 СНиП [7].

• Снег – вычисление снеговых нагрузок для сооружений различного типа из числа предусмотренных приложением 3 СНиП [7].

17

• Температура – определение температурных воздействий по СНиП [7].

4.2.2.Статический расчет поперечной рамы. Использование ВК SCAD

Теоретически этот раздел включает следующие вопросы:

•выбор расчетной схемы поперечной рамы;

•определение внутренних усилий в элементах рамы;

•составление расчетных сочетаний усилий Изложение этих вопросов приводится ниже.

Практически решение этих вопросов должно быть выполнено студен-

том-магистром с помощью функциональных модулей ВК SCAD и проверено по методикам, изложенным в действующих нормах проектирования [6,8,9].

При проведении статических расчетов важным фактором является пра- вильный выбор расчетной схемы сооружения, которая должна как можно бо- лее полно отвечать конструктивной схеме сооружения. Вместе с тем, без ущерба для точности расчета, возможны различные упрощения, как в самой расчетной схеме, так и в схеме приложения нагрузок.

Расчетную схему поперечной рамы следует принимать в соответствии с указаниями типового проекта о способах сопряжения колонн с фундаментом и ригелем.

За оси стержней, заменяющих колонны, принимают линии центров тя- жести сечений колонн. За геометрическую ось ригеля принимают в рамах с жестким защемлением ригеля в колоннах середину высоты сплошного, при шарнирном опирании – линию, соединяющую центры опорных шарниров; ригели с уклоном до 1:10 принимают горизонтальными.

Жесткостные параметры элементов рамы следует назначать по проекту - аналогу (см. раздел «Проектное задание»).

Выполненные статические расчеты четко и ясно оформляются в пояс- нительной записке. При этом необходимо обосновать выбор расчетной схе- мы, соотношение жесткостей элементов, действующие нагрузки. Необходимо указать, какими методами определяются действующие усилия. Все расчеты должны производиться в форме, доступной для последующей проверки, должны сопровождаться схемами, а их результаты целесообразно сводить в таблицы.

Расчеты элементов каркаса здания должны выполняться с учетом наи- более неблагоприятных сочетаний нагрузок и им соответствующих усилий. Эти сочетания устанавливают на основе анализа возможных вариантов одно- временного действия различных нагрузок. Для этого статический расчет рамы производят отдельно на каждую нагрузку (снеговую, ветровую и др.) или на группу нагрузок, которые не могут действовать изолированно одна от другой (собственный вес конструкций покрытия, стен, подкрановых балок и др.). Пользуясь данными такого расчета, находят для каждого расчетного сечения

18

рамы свою комбинацию нагрузок, которая создаёт наиболее неблагоприятные условия работы этого сечения.

Нормами [7] предусмотрены два вида основных сочетаний и одно осо- бое сочетание нагрузок:

•основное сочетание с одной кратковременной нагрузкой допускает одновременно учитывать все постоянные, все временные длительные и одну кратковременную нагрузку, причем все эти нагрузки можно принимать без снижения, т.е. с коэффициентом сочетаний ψ= 1;

•основное сочетание с двумя и более кратковременными нагрузками позволяет одновременно учитывать любые нагрузки, кроме особых. При этом временные длительные принимают с коэффициентом сочетаний ψ = 0,95, а кратковременные – с ψ = 0,9.

Для расчета колонны или ригеля рамы расчетные усилия определяют для всех характерных их сечений, в которых ожидаются наибольшие усилия.

Вкаждом таком сечении вначале определяют комбинацию нагрузок, которая

дает наибольший положительный изгибающий момент Мmax и соответствую- щую этой комбинации нормальную силу Ns. При этом анализируют все воз- можные варианты загружений с отвечающими им коэффициентами сочета-

ний. Затем определяют наибольший по величине отрицательный момент Mmin при соответствующей нормальной силе. И, наконец, вычисляют наибольшую нормальную силу при соответствующих (положительном и отрицательном) изгибающих моментах. Таким образом, для каждого расчетного сечения име- ем группы усилий:

+Mmax, Ns; −Mmin, Ns; | N |mах, +Мs; | N |mах, −Ms.

Для расчета анкерных болтов в нижнем сечении колонны, у узла со- пряжения базы колонны с фундаментом, составляют дополнительную комби- нацию усилий, способную создать растяжение в фундаментных болтах (обычно это сочетание постоянной и ветровой нагрузок). Если постоянная на- грузка разгружает анкерные болты, то её следует принимать с коэффициен-

том γf=0,9.

4.2.3. Рекомендации по выполнению проверочного конструктивного расчета несущей конструкции каркаса здания

1.Конструкция, подлежащая проверочному расчету, выбирается руко- водителем курсовой работы.

2.Проверочный расчет должен быть выполнен с помощью проектно- аналитической программы «КРИСТАЛЛ» системы SCAD Office, вспомога- тельной программы «Конструктор сечений» и подтвержден результатами ручного счета по методике, изложенной в [1–4, 6, 8–10].

Программа «КРИСТАЛЛ» предназначена для выполнения проверок

элементов и соединений стальных конструкций на соответствие требованиям СНиП II-23-81*. Стальные конструкции [6]. Кроме того, при создании про-

19

граммы использовались, связанные со СНиП II-23-81*, государственные стандарты, «Пособие по проектированию стальных конструкций» [8], «Об- щие правила проектирования стальных конструкций» [9].

В программе реализованы следующие режимы работы:

•Стали – реализация рекомендаций СНиП [6] по выбору марок стали.

•Сортамент металлопроката – просмотр сортаментов металлопроката

свыдачей всех характеристик профилей.

•Болты – просмотр сортамента болтов.

•Предельные гибкости – назначение предельных гибкостей по реко- мендациям СНиП П-23-81*, [6].

•Коэффициенты условий работы – выбор значений коэффициентов условий работы элементов (γс) по рекомендациям СНиП II-23-81*, [6].

•Огибающие – определение невыгодных сочетаний нагрузок, которые действуют на изгибаемые элементы; построение огибающих эпюр моментов и поперечных сил.

•Линии влияния – построение линий влияния изгибающих моментов и поперечных сил в неразрезных балках.

•Геометрические характеристики – вычисление геометрических ха-

рактеристик поперечного сечения.

•Расчетные длины – рекомендации СНиП II-23-81* [6] и Еврокода-3 по определению коэффициентов расчетной длины.

•Сопротивление сечений – определение коэффициентов использова- ния ограничений для любого из предусмотренных программой типов попе- речных сечений.

•Болтовые, Фрикционные и Сварные соединения – для различных конструктивных решений указанных соединений, определение коэффициен- тов использования ограничений.

•Местная устойчивость – проверка местной устойчивости стенок и поясных листов изгибаемых и сжатых элементов.

•Фермы, Балки и Стойки – проверка элементов на прочность, устой- чивость и предельную гибкость; определение расчетных значений усилий и их сочетаний от задаваемых внешних нагрузок; предусмотрен подбор сече- ний.

•Опорные плиты – рассмотрение пластин, составляющих базу колон- ны, при различных вариантах их окаймления ребрами.

Программа «Конструктор сечений» предназначена для формирования произвольных составных сечений из стальных прокатных профилей и листов, а также расчета их геометрических характеристик, необходимых для выпол- нения расчета конструкций. Вычисления выполняются по обычным правилам сопротивления материалов, при этом момент инерции при свободном круче- нии приближенно определен как сумма моментов инерции свободного круче- ния профилей, составляющих сечение. По результатам расчета геометриче- ских характеристик сечения формируется отчет.

20

Результаты расчета геометрических характеристик могут экспортиро- ваться в вычислительный комплекс SCAD, а также в программу КРИСТАЛЛ.

4.3. Рабочий проект КМД

Основная цель этого раздела проектирования состоит в разработке до- кументации, по которой осуществляется изготовление конструкций.

Составление спецификации и ведомости отправочных марок необходи- мо для установления размеров соединений, массы металла, затрачиваемой на данную отправочную марку, и общей массы металла.

Графическое оформление этого проекта изложено в разделе 2.2.

5. ПОРЯДОК ЗАЩИТЫ И ОЦЕНКА КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Защита работы проводиться в комиссии в составе не менее двух препо- давателей и оппонентов из числа студентов. Защищать работу нужно перед преподавателем, не являющимся руководителем проекта. Защита состоит в

кратком докладе студента о работе и ответе его на вопросы членов комиссии

идругих студентов. К защите принимаются работы, подписанные руководи- телем (чертежи и пояснительная записка).

Оценка работы производится по четырехбалльной системе и учитывает глубину и полноту проработки материала в работе, оригинальность принятых решений, качество оформления чертежей и пояснительной записки, ответы на вопросы при защите.

Отличная оценка ставится за работу, в которой предложены оптималь- ные варианты конструкций, глубоко проанализированы решения; грамотно, четко и аккуратно выполнены чертежи; правильно осуществлены расчеты; качественно оформлена записка. При выполнении студентом проекта ис- пользована отечественная и зарубежная техническая литература. Даны четкие

иправильные ответы на поставленные вопросы.

Хорошая оценка ставится за проект, в котором содержатся те же пока- затели, что и при отличной оценке, но при этом несколько меньше глубина проработки материала, меньше привлечено дополнительной литературы, не все ответы на вопросы исчерпывающие.

Удовлетворительная оценка ставится за проект, в котором представлен минимальный требуемый объем материала. Имеются ошибки на чертежах и в записке, не носящие однако принципиальный характер. Графическая часть проекта не отличается безукоризненным оформлением. Не на все вопросы при защите даны правильные ответы.

Неудовлетворительная оценка ставится за проект, если обнаружено, что студент выполнил его несамостоятельно, в проекте не ориентируется, имеет поверхностное представление о проектируемых конструкциях, на вопросы правильно не отвечает. В этом случае комиссия принимает решение о по- вторном выполнении проекта.