ФГТУ ВПО КГСХА
Кафедра будівельних конструкцій
Курсова робота
за курсом: «Металеві конструкції» на тему:
«Розрахунок і конструювання сталевих несучих елементів
промислової етажерки »
Виконав: студент4 курсу
2 групи ПГС Грачов М.С.
Перевірив: Потєхін І.А.
Кострома 2005 р .

З А Д А Н Н Я
до курсової роботи для студентів спеціальності ПЦБ на тему
«Розрахунок і конструювання основних елементів
металевої промислової етажерки »

1. Загальна характеристика

Промислова етажерка - це промислове споруда, призначена для розміщення на ній технологічного обладнання. Промислові етажерки можуть бути відкритими або розташованими всередині основного виробничого будинку

Основний несучою конструкцією етажерки є каркас, що складається з наступних елементів: колон, ригелів, вертикальних зв'язків і горизонтальних жорстких дисків - перекриттів, розташованих один над одним.

Кількість перекриттів і відстані між ними визначаються вимогами технологічного процесу. Перекриття етажерки включає в себе настил і балочную клітку.

Настил може бути зі збірних з / б плит, монолітним залізобетонним чи металевим.

Балочна клітина - конструкція, що складається з системи пересічних балок і підтримуюча настил перекриття. Розрізняють три типи балкових клітин - спрощений, нормальний і ускладнений.

Балочна клітина спрощеного типу складається з одного ряду балок, укладених з певним кроком, до яких кріпиться настил.

Балочна клітина нормального типу складається з двох рядів балок: головних балок, що спираються на колони, і другорядних балок (балок настилу), що спираються на головні балки.

Балочна клітина ускладненого типу складається з трьох рядів балок: головних балок, що спираються на колони, другорядних балок, що спираються на головні балки, і балок настилу, що спираються на другорядні балки.
Залежно від способу кріплення балок один до одного і балок до колон розрізняють кріплення шарнірне (на болтах) і тверде (на зварці).
У залежності від положення балок щодо один одного розрізняють три види сполучення - поверхова сполучення, пару в одному рівні і знижений сполучення. Поверхова сполучення більш зручно для монтажу, але призводить до великої будівельної висоті перекриття; сполучення в одному рівні і знижений дозволяє зменшити будівельну висоту, але ускладнює конструкцію. При поверховому сполученні кріплення вважається шарнірним, при сполученні в одному рівні можливо і шарнірне, і жорстке кріплення. Балочні клітки ускладненого типу мають, як правило, знижений пару головних і допоміжних балок і сполучення в одному рівні головних балок і балок настилу.
2. Загальні вихідні дані для розрахунку і проектування промислової етажерки

Промислова етажерка має такі характеристики:

- Виконана зі сталі С245;

- Перебуває всередині виробничої будівлі;

- Має одне перекриття;

- Тип нормальний;
- Сполучення балок поверхова;
- Кріплення головних балок до колон і допоміжних балок до головних шарнірне;
- Сітка колон складається з 9-ти комірок з розмірами LxB, де L - крок колон в поздовжньому напрямку, B - крок колон в поперечному напрямку;
- Настил - суцільний сталевий лист.
3. Чисельні вихідні дані (слід вибрати з таблиці 1 відповідно до свого шифру)

Таблиця 1

Друга цифра шифру	Розміри комірки	Позначка верху настилу	Третя цифра шифру	Нормативне навантаження від технологічного обладнання, Pн в КПа
1	5x3	3,6	1	24
2	6x4	4,2	2	26
3	7x5	4,8	3	12
4	8x6	5,4	4	14
5	9x7	6,0	5	16
6	10x8	7,8	6	18
7	9x6	6,6	7	20
8	8x5	7,2	8	22
9	7x4	8,0	9	28
0	6x3	5,6	0	30

4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки
Ø Вибір товщини сталевого настилу за рекомендаціями в залежності від навантаження, обчислення розрахункового прольоту сталевого настилу і призначення кроку допоміжних балок
Ø План балочної клітки з вказівкою всіх розмірів
Ø Збір навантажень на 1 м ² поверхні перекриття і на 1 м по довжині балок - допоміжної і головною
Ø Підбір профілю допоміжної балки
Ø Компонування перетину зварний головної балки і основні перевірки
Ø Підбір перерізу колони
Ø Вузол сполучення допоміжної і головною балок
Ø Вузол сполучення головної балки з колоною
Ø База колони

Зміст:
1. Вибір товщини сталевого настилу, обчислення розрахункового прольоту
сталевого настилу і призначення кроку допоміжних балок
2. План балочної клітки
3. Збір навантажень на елементи балочної клітки
4. Підбір профілю допоміжної балки
5. Компонування перетину зварний головної балки і забезпечення її надійності
6. Основні перевірки:
1) Перевірка міцності опорного перерізу по дотичних напруг:
2) Перевірка міцності середнього перетину за нормальними напряженіям3) Перевірка міцності за місцевим напруженням
4) Перевірка загальної стійкості балкі5) Перевірка місцевої стійкості полиці
6) Перевірка місцевої стійкості стенкі7. Розрахунок опорної частини балкі8. Підбір перерізу суцільної центрально стиснутої колони
9. Оформлення оголовка колони
10. Оформлення бази колони
11. Вузол спирання балки настилу на головну балку
12. Вузол спирання головної балки на оголовок колони
13. Список використаної літератури.

Вихідні дані:
L х В = 6 х 4 м
Рн = 30 кПа
Позначка верху настилу (ОВН) = 4,2 м
Потрібно: спроектувати балочную клітку.
1. Вибір товщини сталевого настилу, обчислення розрахункового прольоту сталевого настилу і призначення кроку допоміжних балок.
Товщину сталевого настилу можна призначити по рекомендації залежно від навантаження:
Для Рн = 30 кПа приймемо δ = 14 мм
Визначимо розрахунковий проліт сталевого настилу. Для цього визначимо величину навантаження за формулою:
, Де
g - власна вага листового настилу (кН / м )
γ - питома вага листового настилу (кН / м )
(КН / м )

Запишемо умова жорсткості:
, Де
n - Величина, зворотна граничного відносного прогину настилу:
Граничний відносний прогин настилу:
, Де = 0.3 для сталі

Підставимо наявні дані в умову жорсткості:

Визначимо розрахунковий проліт настилу:
ℓ = 40 ∙ δ = 40 ∙ 0.014 = 1,12 м
Приймемо ℓ = 1 м кратно кроку колон.
Проведемо перевірку жорсткості:
, Де



Підставимо наявні дані у формулу для ѓ :
м = 0,8 см
α = 0,46
Визначимо ѓmax:
см
Визначимо відносний прогин:
<
Умова жорсткості виконується. Отже, розрахунковий проліт сталевого настилу підібраний правильно.
Для призначення кроку балок настилу скористаємося наближеною залежністю формули Телояна:
, Де
ℓ - розрахунковий проліт настилу
м
Знайдемо число балок настилу:

Приймемо 6 балок настилу в одній комірці і обчислимо крок балок настилу:

2. План балочної клітки.

К - колона
ГБ - головна балка
БН - балка настилу
L - крок колон в поздовжньому напрямку або проліт ГБ
В - крок колон у поперечному напрямку або проліт БН, чи крок ГБ
a - крок БН або проліт листа настилу
3. Збір навантажень на елементи балочної клітки
Навантаження на 1 м перекриття:
     

Вид навантаження	q , КН / м		q , КН / м
Постійні:
1. Вага настилу:	1,099	1.05	1,153
Тимчасові довготривалі:
2. Технологічна навантаження від устаткування	30	1.2	36
Разом:	31,09		37,153

Погонні навантаження на 1м довжини балки настилу:
, Де
- Коефіцієнт надійності по навантаженню.
кН / м

кН / м

4. Підбір профілю допоміжної балки:

кН ∙ м
кН
Визначимо необхідний момент опору з умови міцності за нормальними напруженням з урахуванням пластичної роботи матеріалу:
, Де
W - Момент опору ослабленого перерізу, визначеного за пружній області роботи елемента
з - Коефіцієнт, що враховує збільшення моменту опору перерізу при роботі в області пластичних деформацій (для двутавра з = 1.12)
R - Розрахунковий опір за межею текучості
- Коефіцієнт умов роботи


Для стали: = 240 МПа
= 1.1 (за таблицею 6 СНіПа «Сталеві конструкції»)
Підставимо наявні дані у формулу для :
м = 230 см
За сортаментом приймаємо двотавр № 22 з наступними характеристиками:
см
см
Маса одного метра становить 21 кг
Виконаємо перевірку на жорсткість:
при

>
Умова не виконується.
Вибираємо двотавр № 24 з наступними характеристиками:
см
см
b = 115 мм
F = 38,4 см
Маса одного метра становить 27,3 кг
Знову виконаємо перевірку на жорсткість:
>
Умова виконується. Приймаються остаточно двотавр № 24.
Погонні навантаження на 1м довжини головної балки:
, Де
g - Власна вага балки настилу
кН / м

кН / м
5. Компонування перетину зварний головної балки і забезпечення її надійності
6.  

кН / м
кН ∙ м
кН
Визначимо необхідний момент опору:

м = 2240 см

Оптимальну висоту балки можна знайти з умови жорсткості:


З даної формули виразимо I :

м = 68000 см

Звідси:
м
Значення h задовольняє умові: h Приймаються h = 0.6 м
Тоді товщина стінки двутавра:


Приймаються = 9 мм
Висота полички:

Приймемо мм
Приймемо 18 мм

мм

мм

Висловимо b з цього виразу:

см
Необхідно виконання умови: b 200 мм . Тому, приймаємо b = 24 см .
Визначимо геометричні характеристики перерізу:
см

см

см

6. Основні перевірки
1) Перевірка міцності опорного перерізу по дотичних напруг:

Проводиться за формулою:
, Де
R - Розрахунковий опір сталі зрушенню
, Де
- Коефіцієнт надійності за матеріалом ( = 1.025)
= 245 МПа
МПа
R _s * 1.1 = 138.63 * 1.1 = 152.46МПа
МПа
83,3 <152.46
Умова виконується. Отже, перетин підібрано вірно.
2) Перевірка міцності середнього перетину за нормальними напруг:
Проводиться за формулою:
, Де
R - Розрахунковий опір сталі стиску



см
МПа
Умова міцності виконується.
3) Перевірка міцності по місцевих напруг:
У даному випадку перевіряється точка, що належить стінці балки, безпосередньо під балкою настилу за формулою:
, Де
F - сила тиску від балки настилу на головну балку.
- Умовна довжина розподілу локальної навантаження.


Для двутавра № 24 b = 115 мм .
мм
кН
МПа
Умова міцності виконується.
4) Перевірка загальної стійкості балки:
Ця перевірка проводиться за формулою:
, Де (1)
- Коефіцієнт, що визначається за додатком 7 СНіПа II-23-81 «Сталеві конструкції».
W - Слід визначати для стиснутого пояса.
Якщо виконується нерівність: , То умова (1) можна не перевіряти.
Величину приймемо за таблицею 8 СНіПа II-23-81 «Сталеві конструкції» з розрахунку, що навантаження прикладена до верхнього поясу:
, Де
b - ширина стиснутого пояса
t - товщина стиснутого пояса
h - відстань між осями поясних аркушів
Визначимо відношення :

має становити не менше 15. Отже, приймаємо .
Підставимо це значення у формулу для знаходження граничної величини:

- Коефіцієнт, що визначається за п. 5.20. СНіПа II-23-81 «Сталеві конструкції» за формулою:
, Де
, Якщо виконується умова
(Умова не виконується).
З ₁ = 1,05 * В _з

З ₁ = 1,05 * 0,924 = 0,97 Приймаються з ₁ = ₁
Підставимо отримані значення у формулу для δ:

Знайдемо :


Умова виконується. Перевірку за формулою (1). додатка 7 СНіПа II-23-81 «Сталеві конструкції» перевіряти не потрібно
5) Перевірка місцевої стійкості полиці:
Проводиться за нерівністю:
, Де значення граничної величини визначається за таблицею 30 СНіПа II-23-81 «Сталеві конструкції».
Спочатку перевіримо умова:


Дана умова виконується, отже, вибираємо формулу для граничного значення з примітки до таблиці 30:

см
мм = 11,55 см

Умова см виконується.
6) Перевірка місцевої стійкості стінки:
Стійкість стінок балок не потрібно перевіряти, якщо дотримується наступна нерівність:
, Де
- Умовна гнучкість стінки.
2.5 - коефіцієнт, значення якого не повинна перевищувати умовна гнучкість стінки при наявності місцевого напруги у балках з двосторонніми поясними швами.

Отже, розстановку ребер проведемо конструктивно.
Згідно з правилами розстановки ребер жорсткості поверхових сполучень балок у зоні утворення пластичного шарніра ребра жорсткості встановлюються під кожною балкою настилу. На інших ділянках ребра жорсткості встановлюють під балками настилу кроком, який не перевищує гранично допустимий.
Виявимо зону утворення пластичного шарніра:

м
Згідно з п. 7.10. СНіПа II-23-81 * «Сталеві конструкції», відстань між основними поперечними ребрами в разі, якщо , Не повинно перевищувати 2.5 , Тобто 2.5 ∙ 56,4 = 141 см .

Допускається перевищувати зазначену вище відстань між ребрами до значень
3 , Тобто 3 ∙ 56,4 = 169,2 см за умови, що стінка балки задовольняє перевірок з пп. 7.4 * (у нашому випадку дану перевірку проводити не потрібно, так як ), 7.6 * (перевірку проводити не потрібно, так як ), 7.7 (перевірка не потрібна, тому що в нашій системі відсутній поздовжнє ребро жорсткості), 7.8 (перевірка не потрібна, тому що в нашій системі відсутні короткі поперечні ребра жорсткості), 7.9 (перевірка не виконується, так як в даному пункті описується розрахунок на стійкість стінок балок асиметричного перерізу) і загальна стійкість балки забезпечується виконанням вимог п. 5.16 *, а чи 5.16 *, б (см перевірку загальної стійкості балки).
Таким чином, визначимо максимальний крок розстановки ребер жорсткості:

см
Також за п. 7.10, в стінці, укріпленої тільки поперечними ребрами, ширина їх виступаючої частини для одностороннього ребра повинна бути не менш (Приймаємо = 0.5 м ), А товщина ребра повинна бути не менш

7. Розрахунок опорної частини балки.

Запишемо умова міцності на зминання торця ребра:
, Де
- Розрахунковий опір сталі зминанню бічній поверхні, що визначається за таблицею 1 * СНіПа «Сталеві конструкції»:
, Де
- Тимчасовий опір сталі розриву, що приймається рівним мінімальному значенню за державними стандартами та технічними умовами на сталь за таблицею 52 * СНіПа «Сталеві конструкції»
- Коефіцієнт надійності за матеріалом, який приймається за таблицею 2.
МПа
Задамося шириною ребра = 24 см ( см). Визначимо товщину ребра:
, Де
Q - поперечна сила на опорі, що дорівнює 305.76 кН
мм
Приймаються товщину ребра = 8 мм .
Перевіримо опорний ділянку балки на стійкість:

= 16,88 см
Запишемо умова міцності:
, Де
= 1

А = 24 * 0,8 +16,88 * 0,9 = 34,39 м
кН
- коефіцієнт поздовжнього вигину, який визначається через умовну гнучкість :
, Де
- Радіус інерції, який визначається за формулою:
, Де

см
см

Визначимо за таблицею 72 СНіПа «Сталеві конструкції»:

Підставимо отримані значення у формулу умови міцності:

Умова виконується.
Визначимо величину випуску ребра за нижню полицю:
мм

8. Підбір перерізу суцільної центрально стиснутої колони.

Визначимо зусилля на колону:
кН
Визначимо розрахункову довжину колони:
, Де
ОВН - відмітка верху настилу
- Висота балки настилу, м
- Висота головної балки, м
- Виступаюча частина опорного ребра головної балки, м
- Товщина настилу, м
Закріплення колони по обох кінцях шарнірне, отже, = 1.
м
Запишемо умова стійкості:

Задамося значенням умовної гнучкості в діапазоні від 70 до 100.
Приймемо = 100. Тоді за таблицею 72 СНіПа «Сталеві конструкції» = 0.542.
З умови стійкості висловимо необхідну площу перерізу колони:


Визначимо потрібний радіус інерції:

мм
Підберемо профіль суцільний центрально стиснутої колони по сортаменту підручника Є. І. Беленя «Металеві конструкції» (додаток 14 таблиця 8).
Приймаються трубу з наступними параметрами:
D = 219 мм
t = 8 мм
А = 53 см
i = 7,47 см
Обчислимо фактичну гнучкість колони:


Підставимо отримані значення у умова стійкості:

Умова виконується. Отже, профіль суцільний центрально стиснутої колони підібраний правильно.

9. Оформлення оголовка колони.

Товщина плити приймається в межах від 20 до 25 мм . Приймемо = 25 мм . Ширину плити обчислимо за такою залежністю:
см
Обчислимо ширину ребра:

мм
Товщину ребра визначимо з умови міцності ребра на зминання:
, Де
- Умовна довжина зминання, яка повинна визначатися за формулою:

мм
Підставимо отримане значення в умова міцності ребра на зминання:
мм
Приймаються = 12 мм.
Висоту ребра знайдемо з умови міцності зварних швів на зріз по металу шва:
, Де
- Розрахунковий опір кутових швів зрізу по металу шва, приймається за таблиці 56 СНіПа «Сталеві конструкції».
Висловимо з цього виразу:

Для електрода типу Е42 значення величин будуть наступними:

Значення визначимо з таблиці 34 СНіПа «Сталеві конструкції». Для автоматичного зварювання при діаметрі зварювального дроту 4 мм і нижнього положення шва = 0.9.
Таким чином:

м
Приймемо
Проведемо перевірку міцності ребра на зріз:

R _s = 0.58R _y = 0.58 * 240 = 139.2

Умова виконується.



10. Оформлення бази колони.

Роль траверси можуть виконувати консольні ребра. Для компонування бази колони беруться значення основних параметрів в наступних діапазонах:
= 20 ... 40 мм
= 10 ... 16 мм
, Де
Ширина плити обчислюється таким чином:
, Де визначається з умови міцності фундаменту на стиск.

Приймемо = 7 МПа. Тоді:

м
Приймемо мм.
Також приймемо = 25 мм , = 10 мм , = 5 мм , мм.
Визначимо виступ ребра:
мм


11. Вузол спирання балки настилу на головну балку.

12. Вузол спирання головної балки на оголовок колони.

Список використаної літератури:
1. СНиП 2.О1.О7-75. Навантаження і впливи. Норми проектування .- М.: Стройиздат, 1987.
2. СНиП II-23-81 *. Сталеві конструкції. Норми проектування .- М.: Стройиздат, 1990.
3. Інженерні конструкції / Под ред. проф. В. В. Єрмолова. - М.: Вища школа, 1991.
4. Металеві конструкції / За заг. ред. проф. Є. І. Беленя. - М.: Стройиздат, 1976 .- 576 с.
5. К. К. Муханов. Металеві конструкції,-М.: Стройиздат, 1978 .- 576 с.
6. Металеві конструкції. Довідник проектувальника / За ред. акад. Н. П. Мельникова .- М.: Стройиздат, 1980 .- 776 с.