Требования к формируемым компетенциям.

УДК 624.014

ББК 30.21

Б-11

Рецензенты:

Р. Р. Саакян – доктор технических наук, профессор

(Российский государственный социальный университет).

Ачекин А.А.– кандидат технических наук,

(Кубанский государственный аграрный университет).

Авторский коллектив:

С.Сайда, Д.А. Бакеев, Н.И. Кузьменко.

Б-11 Технологическая площадка производственного цеха:

Учеб. пособие. /С.Сайда, [и др.]- Краснодар, 2013. – 101 с.

В книге описаны этапы проектирования металлических конструкций технологической площадки производственного цеха. Изложены методики расчетов основных элементов металлических конструкций: настила, сортаментных балок, сварных балок, колонн и др.

Освещены вопросы устойчивости металлических конструкций.

Учебное пособие предназначено для преподавателей, аспирантов, бакалавров, магистров и студентов, обучающихся по строительной специальности.

УДК 624.014

ББК

Б-11

Содержание	Стр.
Введение.
Требования к формируемым компетенциям.
Задание на проектирование технологической площадки.
Варианты по заданию.
1. Технологические площадки промышленных зданий.
2. Расчет стального настила.
3. Выбор оптимального типа технологической площадки.
3.1. Выбор балки настила для технологической площадки нормального типа
3.2. Выбор балки настила и вспомогательной балки для технологической площадки усложненного типа.
4. Расчет главной составной балки.
4.1. Расчет усилий главной балки.
4.2. Определение высоты главной балки.
4.3. Подбор сечения главной балки.
5. Изменение сечения главной балки.
5.1. Характеристики измененного сечения.
5.2. Прочность и устойчивость балки.
6. Конструирование и расчет опорной части балки.
6.1. Конструирование и расчет опорного ребра.
6.2. Конструирование и расчет укрупнительного стыка балки.
7. Расчет и конструирование колонн технологической площадки.
7.1. Расчет и конструирование стержня сквозной колонны.
7.2. Расчет и конструирование стержня сплошной колонны.
7.3. Расчет и конструирование базы сплошной колонны.
8. Расчет технологической площадки с помощью вычислительного комплекта SCAD.
Заключение
Приложение 1. Коэффициент условий работы стальных конструкций, γс.
Приложение 2. Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе листового, широкополосного универсального и фасонного проката по ГОСТ 27772-88 для стальных конструкций зданий и сооружений (СНиП П-23-81).
Приложение 3. .Параметры при расчете балок.
Приложение 4. Расчет сварных соединений. Нормативные и расчетные сопротивления металла швов сварных соединений с угловыми швами.
Приложение 5. Коэффициенты проплавления , в зависимости от вида сварки.
Приложение 6. Минимальные значения катета шва.
Приложение 7. Значения коэффициента при расчете на устойчивость стенок балок симметричного сечения, укрепленных только поперечными основными ребрами жесткости, при отсутствии местного напряжения ( ) и условной гибкости стенки .
Приложение 8. Значение для сварных балок.
Приложение 9. Предельные значения .
Приложение 10. Значения коэффициента .
Приложение 11. Коэффициенты продольного изгиба центрально-сжатых элементов.
Приложение 12. Прокат листовой горячекатаный по ГОСТ 19903-74* (по состоянию на 01.01.2000 г.).
Приложение 13. Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный по ГОСТ 82-70*.
Приложение 14. Значение радиусов инерции.
Приложение 15. Значение условной поперечной силы .
Приложение 16. Коэффициент для расчета плит, опертых на четыре канта.
Приложение 17. Коэффициент для расчета на изгиб плит, опертых на 3 или 2 канта.
Приложение 18. Швеллеры стальные горячекатаные по ГОСТ 8240-97
Приложение 19. Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83
Список использованных источников.

Введение

Технологическая площадка предназначена для размещения технологического оборудования, организации его обслуживания и ремонта. Применяется, как правило, в виде отдельной системы внутри промышленных зданий.

Технологическая площадка включает в себя элементы, которые широко применяются в металлических конструкциях. К таким элементам относятся: стальной настил; прокатные и составные балки; сквозные и сплошные колонны, базы колонн.

Учебное пособие составлено в соответствии с программой дисциплины «Металлические конструкции включая сварку» и содержат материал необходимый для выполнения расчетно-графической работы «Технологическая площадка производственного цеха» студентами специальности «Промышленное и гражданское строительство.

В учебном пособии приведены основные этапы проектирования и расчета стального настила; прокатных и составных балок; сквозных и сплошных колонн, баз колонн.

В первом разделе учебного пособия дано определение технологической площадки, рассмотрен их состав, требования к проектированию, три основных типа технологических площадок, их преимущества и недостатки.

Во втором разделе учебного пособия рассматривается расчет стального настила технологической площадки. Приведен анализ расчетной схемы, определены усилия, действующие на настил, проведен расчет сварного соединения настила с балкой настила.

В третьем разделе учебного пособия сравниваются два варианта технологической площадки (нормального и усложненного типов). Сравнение проводится по расходу материала стали на реализацию каждого типа технологической площадки. Выбран нормальный тип технологической площадки, на реализацию которого требуется меньше стали.

В четвертом разделе учебного пособия приведен пример расчета главной составной балки технологической площадки. Определены усилия главной балки, подобрано ее сечение, проверена прочность.

В пятом разделе учебного пособия рассматриваются вопросы изменения сечения главной балки в соответствии с эпюрой действующего момента,что позволило уменьшить расход стали. Приведены примеры расчетов обеспеченности общей устойчивости, прочности поясных швов, прочности балки и местной устойчивости сжатого пояса и стенки.

В шестом разделе учебного пособия рассматриваются вопросы конструирования и расчета элементов конструкции составной балки на примере расчета опорного ребра и укрупнительного стыка.

В седьмом разделе учебного пособия приведен пример расчета и конструирования сквозной и сплошной колонн технологической площадки. Кроме того, приведен пример расчета базы колонны.

Для проведения расчетов в приложениях приведены значения расчетных величин для металлических конструкций, которые заимствованы из СНиП II-23-81.

Требования к формируемым компетенциям.

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

а) общекультурные (ОК):

выпускник должен обладать следующими общекультурными компетенциями (ОК):

владением культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);

умением логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);

готовностью к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3);

способностью находить организационно-управленческие решения в нестандартных ситуациях и готов нести за них ответственность (ОК-4);

умением использовать нормативные правовые документы в своей деятельности (ОК-5);

стремлением к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-6);

умением критически оценивать свои достоинства и недостатки, наметить пути и выбрать средства развития достоинств и устранения недостатков (ОК-7);

осознанием социальной значимости своей будущей профессии, обладанием высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК-8);

б) профессиональные (ПК):

общепрофессиональные:

использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности,

применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1);

способностью выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь их для решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-2);

владением основными законами геометрического формирования, построения и взаимного пересечения моделей плоскости и пространства, необходимыми для выполнения и чтения чертежей зданий, сооружений,

конструкций, составления конструкторской документации и деталей (ПК-3);

способностью понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования

информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны (ПК-4);

владением основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, навыками работы с компьютером как средством управления информацией (ПК-5);

способностью работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ПК-6);

владением одним из иностранных языков на уровне профессионального общения и письменного перевода (ПК-7);

владением основными методами защиты производственного персонала и населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ПК-8);

в соответствии с видами деятельности:

изыскательская и проектно-конструкторская:

знанием нормативной базы в области инженерных изысканий, принципов проектирования зданий, сооружений, инженерных систем и оборудования, планировки и застройки населенных мест (ПК-9);

владением методами проведения инженерных изысканий, технологией проектирования деталей и конструкций в соответствии с техническим заданием с использованием стандартных прикладных расчетных и графических программных пакетов (ПК-10);

способностью проводить предварительное технико-экономическое обоснование проектных расчетов, разрабатывать проектную и рабочую техническую документацию, оформлять законченные проектно-

конструкторские работы, контролировать соответствие разрабатываемых проектов и технической документации зданию, стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам (ПК-11);

производственно-технологическая и производственно-управленческая:

владением технологией, методами доводки и освоения технологических процессов строительного производства, производства строительных материалов, изделий и конструкций, машин и оборудования (ПК-12);

способностью вести подготовку документации по менеджменту качества и типовым методам контроля качества технологических процессов на производственных участках, организацию рабочих мест, их техническое оснащение, размещение технологического оборудования, осуществлять контроль соблюдения технологической дисциплины и экологической безопасности (ПК-13);

знанием организационно-правовых основ управленческой и предпринимательской деятельности, планирования работы персонала и фондов оплаты труда (ПК-14);

владением методами осуществления инновационных идей, организации производства и эффективного руководства работой людей, подготовки документации для создания системы менеджмента качества

производственного подразделения (ПК-15);

способностью разрабатывать оперативные планы работы первичных производственных подразделений, вести анализ затрат и результатов деятельности производственных подразделений, составление технической документации, а также установленной отчетности по утвержденным формам (ПК-16);

экспериментально-исследовательская:

знанием научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по профилю деятельности (ПК-17);

владением математическим моделированием на базе стандартных пакетов автоматизации проектирования и исследований, методами постановки и проведения экспериментов по заданным методикам (ПК-18);

способностью составлять отчеты по выполненным работам, участвовать во внедрении результатов исследований и практических разработок (ПК-19);

монтажно-наладочная и сервисно-эксплуатационная:

знанием правил и технологии монтажа, наладки, испытания и сдачи в эксплуатацию конструкций, инженерных систем и оборудования строительных объектов, образцов продукции, выпускаемой предприятием (ПК-20);

владением методами опытной проверки оборудования и средств технологического обеспечения (ПК-21);

владением методами оценки технического состояния и остаточного ресурса строительных объектов, оборудования (ПК-22);

способностью организовать профилактические осмотры и текущий ремонт, приемку и освоение вводимого оборудования, составлять заявки на оборудование и запасные части, готовить техническую документацию и инструкции по эксплуатации и ремонту оборудования (ПК-23).

Задание на проектирование технологической площадки.

Для заданной технологической площадки (сталь элементов конструкции по выбору) провести следующие расчеты:

1. Расчет настила; 2. Расчеты балки настила и вспомогательной балки; 3. Расчет составной главной балки (ГБ); 4. Расчет изменения сечения ГБ. 5. Расчет обеспеченности общей устойчивости ГБ. 6. Расчет местной устойчивости сжатого пояса и стенки ГБ. 7. Расчет прочности поясных швов ГБ. 8. Расчет сквозной или составной колонны.

9. Проверка устойчивости колонны. 10. Расчет базы колонны.

Варианты проектирования технологической площадки соответствуют номеру зачетной книжки.

Табл. 1. Варианты задания.

№	Временная нагрузка	Пролет главной балки,	Пролет второстепенной балки,	Отметка верха настила	Строитель-ная высота перекрытия	Колонна
			7,5		1,8	сплошная
				8,5	1,9	сквозная
			6,5		2,0	сплошная
				9,5	2,1	сквозная
			5,5		2,2	сплошная
				10,5	2,3	сквозная
					1,8	сплошная
				8,3	1,9	сквозная
			5,5	8,7	2,0	сплошная
				9,1	2,1	сквозная
			6,5	9,4	2,2	сплошная
				9,5	2,3	сквозная
Табл. 1. Продолжение.
			7,5	8,1	1,8	сплошная
				8,2	1,9	сквозная
				8,3	2,0	сплошная
				8,4	2,1	сквозная
				8,5	2,2	сплошная
				8,6	2,3	сквозная
				8,7	1,8	сплошная
				8,8	1,9	сквозная
				8,9	2,0	сплошная
					2,1	сквозная
				9,1	2,2	сплошная
				8,1	2,3	сквозная
			5,5	8,2	1,8	сплошная
				8,3	1,9	сквозная
				8,4	2,0	сплошная
				8,5	2,1	сквозная
			5,5	8,6	2,2	сплошная
				8,7	2,3	сквозная
			6,5	8,8	1,8	сплошная
				8,9	1,9	сквозная
			7,5		2,0	сплошная
				9,1	2,1	сквозная
				8,1	2,2	сплошная
				8,2	2,3	сквозная
				8,3	1,8	сплошная
			7,5	8,4	1,9	сквозная
				8,5	2,0	сплошная
			6,5	8,6	2,1	сквозная
				8,7	2,2	сплошная
			5,5	8,8	2,3	сквозная
				8,9	1,8	сплошная
					1,9	сквозная
				9,1	2,0	сплошная
			5,5	8,1	2,1	сквозная
				8,2	2,2	сплошная
			6,5	8,3	2,3	сквозная
				8,4	1,8	сплошная
			7,5	8,5	1,9	сквозная
				8,6	2,0	сплошная
				8,7	2,1	сквозная
				8,8	2,2	сплошная
			5,5	8,9	2,3	сквозная
Табл. 1. Продолжение.
					1,8	сплошная
			6,5	9,1	1,9	сквозная
				9,5	2,0	сплошная
			7,5		2,1	сквозная
				10,5	2,2	сплошная
					2,3	сквозная

В пособии, в качестве примера, проводится расчет технологической площадки при следующих исходных данных:

1. Шаг колонн в поперечном направлении - А = 16,0 м;

2. Шаг колонн в продольном направлении - В = 5,5 м;

3. Габариты площадки в плане: ЗАхЗВ;

4. Отметка верха настила - 8,0м;

5. Строительная высота перекрытия - 2,2 м;

6. Временная равномерно распределенная нагрузка - ;

7. Материал конструкций: настил - сталь марки С235; балок настила и вспомогательных балок - С240; главных балок – С240; колонн — С375; фундаментов – В25.

8. Отношение пролета настила к его предельному прогибу ;

9. Тип сечения колонны – сплошная и сквозная.

1. Технологические площадки промышленных зданий.

В общем случае технологическая площадка состоит из:

- настила, непосредственно воспринимающего полезную нагрузку;

- балок настила, воспринимающих нагрузку от настила и передающих ее на нижележащие конструкции;

- второстепенных балок - промежуточных конструкций, передающих нагрузку от балок настила на главные балки;

- главных балок, воспринимающих нагрузку от балок настила или второстепенных балок и передающих ее на колонны;

- колонн, воспринимающих опорные реакции от главных балок и передающих усилия на фундамент.

При проектировании технологических площадок необходимо придерживаться следующих принципиальных положений:

- обеспечение наиболее короткого и простого пути передачи нагрузки на колонны;

- ориентирование главных балок в направлении большего шага колонн;

- использовать размеры размещения опорных конструкций, кратные модулю, принятому в строительстве (М=6м, иногда 3 м);

- балки настила размещать по поддерживающим конструкциям с постоянным шагом, определяемым несущей способностью или жесткостью настила.

Технологической площадки подразделяют на три основных типа: упрощенный, нормальный и усложненный (рис. 1.1.).

Рис. 1.1. Типы технологических площадок: а - упрощенный; б - нормальный; в- усложненный; (1- балки настила; 2 - вспомогательные балки; 3 - главные балки).

В упрощенной технологической площадке (рис. 1.1, а) нагрузка на перекрытие передается через настил на балки настила, а через них - на стены или другие несущие конструкции. Из-за небольшой несущей способности настила поддерживающие его балки устанавливают часто, что рационально при небольших пролетах балок.

В технологической площадке нормального типа (рис. 1.1, б) нагрузка передается на балки настила, а с них — на главные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие конструкции. Балки настила обычно прокатные.

В усложненной технологической площадке (рис. 1.1, в) вводятся дополнительные вспомогательные балки, располагаемые под балками настила и опирающиеся на главные балки.

Выбор типа технологической площадки связан с сопряжением балок по высоте. Сопряжения балок может быть поэтажное, в одном уровне и пониженное.

При поэтажном сопряжении балки (рис. 1.2, а), поддерживающие настил, укладываются на главные и вспомогательные балки. Это наиболее простой и удобный в монтажном отношении способ сопряжения балок, но требует увеличения строительной высоты.

Сопряжение в одном уровне балок настила (рис. 1.2, б) и главных балок позволяет увеличить высоту последних при заданной строительной высоте, но усложняет конструкцию опирания балок.

Пониженное сопряжение (рис. 1.2, в) применяется в технологических площадках усложненного типа. Этот тип сопряжения, так же как и в одном уровне, позволяет иметь наибольшую высоту главной балки при строительной высоте перекрытия.

Рис. 1. 2. Сопряжения балок по высоте.

а - поэтажное; б - в одном уровне; в - пониженное; - высота перекрытия; (1 – балки настила; 2 – вспомогательная балка; 3 – главная балка; 4 – настил; 5- железобетонная плита).

Основные размеры технологической площадки в плане и по высоте задаются технологами или архитекторами, исходя из требований размещения и эксплуатации помещений.

Главные балки опирают на колонны и располагают вдоль больших расстояний между ними.

При длине, превышающей 9м, как правило, более рационален нормальный тип технологических площадок, в которых нагрузка через настил передается на балки настила, которые в свою очередь опираются на стены, колонны или другие конструкции.

При пролете более 12-15м более рациональными являются усложненные типы технологических площадок, в которые дополнительно вводятся второстепенные балки, воспринимающие нагрузки от балок настила и передающие их на главные балки.

Для упрощения строительства технологических площадок рекомендуется в качестве балок настила и второстепенных балок использовать прокатные сечения.

Расчет стального настила.

Толщину настила выбирают в зависимости от величины временной распределенной нагрузки

;

;

;

;

Для заданной технологической площадки, с временной равномерно распределенной нагрузкой , выбираем толщину настила . Расчетная схема настила представлена на рис. 2.1.

Из уравнений Тимошенко [6] выведено соотношение, позволяющее найти размеры настила при работе его на изгиб с учетом распора (рис. 2.1.)

,

где - пролет настила; - толщина настила; - приведенный модуль упругости стали; - коэффициент Пуассона для стали; - временная равномерно распределенная нагрузка.

Рис. 2.1. Расчетная схема настила.

Допустимый пролет настила равен см.

Выбираем пролет настила .

Силу распора Н, на действие которой рассчитываются сварные швы, крепящие настил к балкам настила, можно определить по формуле

,

где - коэффициент надежности по нагрузке для действующей равномерно - распределенной нагрузки при полном нормативном значении нагрузки .

Сварные соединения с угловыми швами следует рассчитывать на срез по двум сечениям по формулам:

по металлу шва ;

no металлу границы сплавления ,

где ; - коэффициенты глубины проплавления шва, принимаемые соответственно 0,7 и 1,0 для ручной сварки;

- коэффициенты условий работы сварного шва;

- длина сварного шва (ширина полоски настила, закрепленной неподвижными шарнирами);

- расчетное сопротивление металла шва сварного соединения с угловыми швами, принимаемое для электрода типа Э42; - расчетное сопротивление металла границы сплавления сварного соединения с угловыми швами;

- временное сопротивление стали разрыву;

- коэффициент условий работы конструкции.

Расчетная высота катета сварного шва, крепящего настил к балкам, определяется из условий прочности углового шва на срез

;

.

Конструктивная высота катета сварного соединения должна быть не менее 0,6 см, поэтому принимаем .