Проектирование металлических конструкций рабочей площадки машинного зала электростанции

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство  по образованию

 

 

Московский  государственный строительный университет

 

Факультет «Промышленное и гражданское строительство»

 

 

 

Кафедра металлические  конструкции

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

Проектирование металлических  конструкций рабочей площадки машинного зала электростанции

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель:

                                 Девятов В.В.

 

Выполнила:

экстерн группы Э-13   Соболь Н.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2013

 

 

1. Исходные данные

- пролет L = 17 м;

- шаг колонн В = ℓ = 6,0 м;

- Габариты на плане 3Ах3В;

- отметка верха настила Н  =8 м;

- нормативная временная нагрузка  р^н = 2400 ^кг/_м²;

- толщина железобетонного настила  t = 12 см;

- сталь С245, R_у = 2400 ^кг/_см²;

- Балки настила, колонны  С 245, R_у = 2400 ^кг/_см²;

- бетон класса В15, R_в = 85 ^кг/_см²;

- тип колонн- сплошные;

- относительный прогиб  балок настила

 

Компоновка  рабочей площадки

 

 

 

Рис. 1.1.  Схема рабочей площадки:

 

 

 

2.Расчет стального настила

 

В курсовом проекте  в качестве несущего настила применяем плоские стальные листы толщиной 12мм. Их опирают на балки настила и приваривают к ним. В результате расчета должны быть определены толщина настила и шаг балок настила. В нашем примере для настила принимаем сталь С245

 

Рис. 2.1.  Расчётная  схема листового настила:

а – опирание настила на балки настила;

б – расчётная  схема настила

 

 

Определяем  отношение пролета настила к  его толщине по графику.

 

 

 

Рис. 2.2.  К  расчёту плоского листового настила

 

 

Толщину настила выбирают из условия жёсткости (по допускаемым прогибам). Она зависит от пролёта настила и величины временной нагрузки. Прочность настила оказывается обеспеченной при соотношениях нагрузки, прогиба, толщины и пролёта настила, принятых в курсовом проекте.

 

– нормативная временная нагрузка   pⁿ = 24 кН/см²;

– допустимый относительный прогиб настила 1/200

Пользуясь графиком (рис. 2.2), по выше указанным  значениям находим допускаемое  отношение

 

Задаемся толщиной настила  , тогда:

− пролёт настила  l_наст  (рис. 2.1, а) = 780мм

 

− шаг балок настила – а =880+120=1000мм,где 120- ширина полки балки настила в первом приближении. (рис. 2.1, а)

Определяем число шагов 17,тогда  шаг балок настила а=17000/17=1000мм.

 

 

3.Расчет балок настила

 

После определения толщины настила и шага балок настила следует подобрать сечение балок настила и проверить подобранное сечение балок. В качестве балок настила применяют прокатные обыкновенные швеллеры (рис. 3.1, а) и двутавры (рис. 3.1, в), а также швеллеры и двутавры с параллельными гранями полок (рис. 3.1, б, г), однако последние значительно дороже и поэтому их применение требует обоснования. Часто применяют гнутые элементы С-образные и С-образные с отгибами (рис. 3.1, д, е), а также Z – образные элементы (рис. 3.1, ж).

 

 

Рис. 3.1  Типы сечений  балок настила

 

 

 

 

 

4.Компоновка ячейки балочной клетки

 

В нашем примере балочная клетка разбита на 9 ячеек (рис. 1.1).

Расчёт и конструирование  элементов каждой ячейки в основном одинаков, поэтому достаточно рассмотреть только одну среднюю ячейку.

 

Рис. 4.1.  Схема средней ячейки балочной клетки

нормального типа

 

 

5.Определение нормативных и расчетных нагрузок на балку настила

На балки настила непрерывно опирается плоский металлический настил, который для них является постоянной нагрузкой, массой 1м2 настила 78,5 кН = 7850 кг/м³.

Толщина настила – 12 мм

Вес настила: кН/м²

 

 30,22кН/м²

 

25,28 кН/м²

По сортаменту находим такой двутавр, чтобы  W_x³ W_треб:

-принимаем двутавр  № 33 (по ГОСТ 8239-89) W_x=597см³, I_x=9840 см⁴, вес

P=42.2 кг/м, h=330 мм, b=140 мм.

Проверяем прогиб по формуле:

 

 см

Расход материала, кг/м²

 кг/м²

 

   Определим силу растягивающую  настил:

     Расчетная толщина  углового шва, прикрепляющего  настил к балкам,

   Определим катет сварного  шва:

см, принимаем К_Ш=5мм.

 кН/см;

 

 

5,1Расчетная схема и усилие в главной балки

 

Высоту главной балки целесообразно  назначить близко к оптимальной  и кратной 100 мм при соблюдении условия  Минимальная высота определяется из условия обеспечения предельного прогиба - не более при полном использовании расчетного сопротивления материала по формуле:

При расчете с учетом пластических деформаций h_min увеличивается умножением на коэффициент С₁ . Оптимальная высота определяется по формуле:

 

При этом гибкость стенки   целесообразно применять равной 150…200

( меньше значение при  больших R), принимаем ;

Определяем расчетный изгибающий момент в середине пролета:

Поперечную силу на опоре:

Требуемы момент сопротивления:

Определяем оптимальную высоту балки, предварительно задав ее высоту 1,7 м, а толщина стенки 11,2 мм. Принимаем толщину стенки 12 мм

Минимальную высоту определяем по формуле:

Строительная высота – не ограничена.

Принимаем h=1,5 м, что больше h_min и h_опт

 

6. Подбор сечения главной балки

Толщина стенки

 

Полагая, что t_п=2см; h_ст=h-2× t_п =150-2×2=146см; R_S=145Па=14.5см ² (для стали С25):

а)

б)

в)

 Принимаем t_ст=12 мм. При этом 121,7, что незначительно отличается от принятого, поэтому пересчет h_опт не требуется.

 

Определение требуемой площади поясов А_птр

 

Обеспечивающей необходимый  момент инерции сечения по формулам:

  а) 

  б)  311213,6 см ⁴

  в) 

 ²; где h_п - принимаем на 2-3см меньше высоты балки. Принимаем пояса из листа   (по ГОСТ 82-70*). При этом

 

Компоновка  сечений с учетом рекомендаций

 

   Желательно учитывать  стандартную ширину и толщину  листов широкополосной универсальной  стали в соответствии с сортаментом,  а также зависимость расчетного  сопротивления R от толщины листа:

 

;    ;   ;

где Таким образом, все рекомендации выполнены.

 

6,1Геометрические характеристики сечения

 

 

 

Проверка прочности:

Недонапряжение:

<5%

Проверки прогиба балки  не требуется, т.к. принятая высота h=1,5м больше h_min=1,32м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.1 Сечения  главной балки 

 

Изменение сечения главной балки

 

   Изменение сечения выполняется без учета пластических деформаций за счет уменьшения ширины поясных листов на расстояние около 1/6 пролета от опоры. При этом следует учитывать следующие требования.

   Принимаем место  изме-нения сечения на рас-стоянии  2,5 м от опор.

Находим расчетное усилие:

 

 

  Подбираем сечение,  исходя из прочности стыкового  шва нижнего пояса.

Требуемый момент сопротивления:

, где 

  Для выполнения  стыка принята полуавтоматическая сварка без физического контроля качества шва.

Принимаем поясной лист 340х20 мм из толстолистовой стали по ГОСТ 19903-74^*. Геометрические характеристики измененного сечения:

 А_1п=68 см ²

 – статический момент пояса;

 – статический момент половины  сечения.

 

   Проверка прочности по  максимальным растягивающим напряжениям  в точке А (по стыковому шву):

 

²<

 

   Проверка прочности в  месте изменения сечения по  приведенным напряжениям на грани  стенки (точки Б) (при этом s_м=0 и s_прив наибольшее):

   Проверка прочности  опорного сечения на срез (по  максимальным касательным напряжениям  в точке В):

 

   Проверка прочности  стенки на местное давление  балок настила: F=25,28*5=126,4кН, здесь 25,28 кН/см²– погонная нагрузка на балку настила:

, где l₀=b+2*t_п; в – ширина полки балки настила (двутавр №33, b=140мм).

   Таким образом,  прочность принятого уменьшенного  сечения главной балки обеспечена.

 

6.2 Проверка обеспеченности общей устойчивости балки.

   Устойчивость  балок проверять не требуется,  если выполняются следующие условия:

• нагрузка передается через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный в частности, стальной лист;
• при отношении расчетной длины балки l₀ (расстояние между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений) к ширине сжатого пояса “B” не более:

   При отсутствии  пластических деформаций d=1. В курсовом проекте пользуемся упрощенной формулой:

, где l₀=100 см (шаг балок настила); b= 52см – ширина пояса

Нагрузка на главную  балку передается через балки  настила, закрепляющие главную балку  в горизонтальном направлении и  установленные с шагом 1м. Проверяем условие в середине пролета:                               

   Следовательно, устойчивость  балки проверять не требуется.

 

 

6.3 Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки.

   Устойчивость  сжатого пояса при отсутствии пластических деформаций обеспечивается выполнением условия:

;

1)

2)

Устойчивость полки выполнена.

 

Выбор расстояния между отсеками (ребрами жесткости)

 

условная гибкость стенки

Следовательно ; тогда, а 292,8 см

Расстановка ребер жесткости

 

 

Ребра жесткости принимаем  односторонние шириной:

111 мм, и толщиной: 8 мм

В отсеке №1 стенка работает в упругой стадии, и проверка устойчивости выполняется по формуле:

( =1)

Расчетные усилия приближенно  принимаем по сечению х₁=1500 мм

; 6,16 кН/см²

1,7;   ;   ;

10,0; 88,7; 29,35

 

Проверка устойчивости стенки отсека №2:

Устойчивость стенки обеспечена.

 

Расчетные усилия приближенно  принимаем по сечению х₂=3500 мм

; 6,16 кН/см²

;

1,7;   ;  

10,0; 88,7; 29,35

 

Проверка устойчивости стенки отсека №2:

Устойчивость стенки обеспечена.

 

Рис.6.3 устойчивость стенки

6.4Проверка прочности поясных швов

   Поясные швы  примем двусторонними, т.к. не выполняется несколько условий. Расчет выполняется для наиболее нагружаемого участка шва у опоры под балкой настила. Расчет выполняется для наиболее нагруженного участка шва у опоры под балкой настила.