Проектирование и расчет металлических конструкций рабочих площадок

Министерство образования и науки Российской Федерации 

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

В.С. Парлашкевич, А.А. Василькин, О.Е. Булатов  

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ 
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ 
РАБОЧИХ ПЛОЩАДОК 

Учебное пособие 

5-е издание (электронное) 

Москва 2017 

УДК 624.01 
ББК 38.54 
         П18 

Р е ц е н з е н т ы :  
советник РААСН, доктор технических наук, профессор А. М. Ибрагимов, зав. 
кафедрой стандартизации, качества, сертификации и технической 

диагностики в строительстве ФГБОУ ВО «ИВГПУ»; 
кандидат технических наук К. К. Рябой, 
главный специалист отдела резервуарных конструкций 
ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова»; 
академик РААСН, доктор технических наук В. П. Селяев, 
зав. кафедрой строительных конструкций  
архитектурно-строительного факультета МГУ им. Н. П. Огарева 

    Проектирование и расчет металлических конструкций рабочих площадок [Электронный ресурс] : учебное пособие / В. С. Парлашкевич, А. А. Василькин, О. Е. Булатов ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — 5-е изд. (эл.). — Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 240 с.). — М. : 
Издательство МИСИ—МГСУ, 2017. — Систем. требования: Adobe Reader XI 
либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10".

ISBN 978-5-7264-1585-7 

Изложены общие теоретические сведения по проектированию рабочих площадок, 
компоновке и алгоритму расчета их элементов. Содержатся  основы современных методов расчета и конструирования металлических конструкций рабочих площадок с использованием последних редакций строительных норм. Приведены расчеты сварных 
соединений в узлах и соединениях главной балки, расчеты центрально сжатых сплошных и сквозных колонн, листового настила, балок настила и главных балок.  
Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 08.05.01 Строительство 
уникальных зданий и сооружений, профиль «Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений», изучающих дисциплину «Металлические конструкции, 
включая сварку».  

УДК 624.01 
ББК 38.54 

ISBN 978-5-7264-1585-7

Парлашкевич, Валентина Сергеевна 

П18

Деривативное электронное издание на основе печатного издания: Проектирование 
и расчет металлических конструкций рабочих площадок : учебное пособие / В. С. Парлашкевич, А. А. Василькин, О. Е. Булатов ; М-во образования и науки Рос. Федерации, 
Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — 4-е изд. — М. : Издательство МИСИ–МГСУ, 
2016. — 240 с. — ISBN 978-5-7264-1259-7.

©  Национальный исследовательский

Московский государственный 
строительный университет, 2016

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими 
средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения 
убытков или выплаты компенсации.

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие.................................................................................................... 6 

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ................................................................................ 8
1.1. Общая характеристика рабочих площадок ............................................   9 
1.2. Основы компоновки рабочих площадок ................................................ 22 
1.3. Общие указания по расчету конструкций рабочей площадки .............. 24 

2. РАСЧЕТ СТАЛЬНОГО ПЛОСКОГО НАСТИЛА .............................. 26

3. РАСЧЕТ БАЛОК НАСТИЛА ................................................................. 31
3.1. Подбор сечения балки настила ............................................................... 34 
3.1.1. Компоновка ячейки балочной клетки .......................................... 34 
3.1.2. Определение нагрузок на балку настила ...................................... 35 
3.1.3. Выбор расчѐтной схемы ................................................................ 39 
3.1.4. Статический расчет балки настила ............................................... 40 
3.1.5. Выбор марки стали ........................................................................ 40 
3.1.6. Подбор сечения балки настила ..................................................... 42 
3.2. Проверки подобранного сечения балки настила ................................... 44 

4. РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ БАЛКИ ................................................................. 48
4.1. Выбор основных компоновочных размеров .......................................... 52 
4.2.Определение нагрузок на главную балку ................................................ 53 
4.3. Выбор расчетной схемы главной балки ................................................. 53 
4.4. Статический расчет главной балки ........................................................ 54 
4.5. Выбор марки стали .................................................................................. 55 
4.6. Подбор сечения главной балки ............................................................... 55 
4.6.1. Определение требуемого момента сопротивления ...................... 56 
4.6.2. Определение высоты главной балки ............................................ 56 
4.6.3. Определение толщины стенки ...................................................... 61 
4.6.4. Определение размеров полок ....................................................... 63 
4.7. Проверки подобранного сечения главной балки ................................... 65 
4.7.1. Определение фактических геометрических 
 характеристик сечения ........................................................................... 65 
4.7.2. Проверки прочности главной балки ............................................. 67 
4.8. Изменение сечения главной балки ......................................................... 71 
4.8.1. Подбор уменьшенного сечения полки ......................................... 73 
4.8.2. Проверки прочности балки с измененным сечением полки ........ 75 
4.8.3. Проверка прочности стыкового шва в нижней полке балки ....... 79 

4.9. Проверка общей устойчивости балки .................................................... 79 
4.10. Проверка местной устойчивости элементов главной балки ................ 81 
 
4.10.1. Проверка устойчивости сжатой полки балки ............................. 81 
 
4.10.2. Проверка местной устойчивости стенки главной балки............ 84 
 
5. РАСЧЕТ УЗЛОВ И СОЕДИНЕНИЙ ГЛАВНОЙ БАЛКИ ................. 97 
5.1. Расчет опорного узла балки .................................................................... 97 
 
5.1.1. Конструктивные решения узлов сопряжений  
        главных балок с колоннами ................................................................... 97 
 
5.1.2. Расчет опорного ребра при опирании балки  
        по конструктивным решениям.............................................................   99 
 
5.1.3.Определение размеров опорного ребра,  
       удаленного от торца балки.................................................................... 104 
5.2. Расчет сварных швов в соединениях сварной балки ........................... 107 
 
5.2.1. Сварка строительных металлических конструкций .................. 107 
 
5.2.2. Расчет шва, прикрепляющего опорное ребро  
        к стенке балки ....................................................................................... 110 
5.3. Расчет поясного шва балки ................................................................... 114 
5.4. Укрупнительный стык главной балки .................................................. 121 
 
5.4.1. Укрупнительный стык на сварке ................................................ 121 
 
5.4.2. Укрупнительный стык на высокопрочных болтах .................... 125 
 
6. РАСЧЕТ ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТОЙ КОЛОННЫ ............................ 140 
6.1. Общая характеристика колонн ............................................................. 140 
6.2. Выбор марки стали ................................................................................ 141 
6.3. Определение высоты колонны ............................................................. 142 
6.4. Определение нагрузки на колонну ....................................................... 143 
6.5. Выбор расчетной схемы колонны ........................................................ 144 
6.6. Расчет сплошной колонны .................................................................... 145 
 
6.6.1. Общие положения расчета колонн ............................................. 145 
 
6.6.2. Подбор сечения прокатной колонны .......................................... 148 
 
6.6.3. Проверки подобранного сечения прокатной колонны .............. 148 
 
6.6.4. Подбор сечения сварной колонны .............................................. 150 
 
6.6.5. Проверки подобранного сечения сварной колонны .................. 155 
6.7. Расчет сквозной колонны...................................................................... 162 
 
6.7.1. Подбор сечения сквозной колонны ............................................ 162 
 
6.7.2. Проверка устойчивости подобранного  
       сечения сквозной колонны.................................................................... 167 
 
7. РАСЧЕТ УЗЛОВ КОЛОННЫ .............................................................. 186 
7.1. Расчет оголовков колонн ...................................................................... 186 
 
7.1.1. Расчет оголовка колонны при опирании  
       балки на колонну сверху ....................................................................... 186 

 
7.1.2. Расчет оголовка колонны при опирании  
       балки на колонну сбоку ........................................................................ 191 
 
7.1.3. Оголовок сквозной колонны ....................................................... 195 
7.2. Расчет базы колонны ............................................................................. 196 
 
7.2.1. Расчет плиты базы ....................................................................... 199 
 
7.2.2. Расчет высоты траверсы ............................................................. 206 
 
7.2.3. Установка колонны на фундамент ............................................. 207 
 
8. ГРАФИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ РАБОТЫ .................................... 211 
 
Приложения ................................................................................................ 215 
 
Библиографический список ..................................................................... 237 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие разработано в помощь студентам специалистам в 
изучении дисциплины «Металлические конструкции, включая сварку» 
и выполнении курсовой работы на тему «Расчет металлических конструкций рабочих площадок». Однако материалы, представленные в пособии, могут быть использованы также инженерами при проектировании и расчетах прокатных и сварных балок, сплошных и сквозных центрально-сжатых колонн, а также узлов и соединений сварных металлических конструкций. 
Прежде всего цель учебного пособия — ознакомить студентов с основами современных методов расчета и конструирования металлических конструкций балок и колонн, а также дать студенту подробные 
методические указания к самостоятельной работе над проектом.  
Материал учебного пособия рассчитан на уже имеющийся необходимый объем теоретических знаний студентов по начальным разделам 
дисциплины «Металлические конструкции, включая сварку». 
Пособие содержит теоретические и методические указания ко всем 
этапам курсовой работы, проиллюстрированные на примере расчета, 
выполненного в соответствии с требованиями последних норм проектирования [1, 5]. Это позволяет быстрее усвоить расчет и конструирование элементов металлических конструкций и значительно облегчает 
работу над проектом.  
Учебное пособие состоит из восьми глав и приложений.  
В первой главе представлены общие указания по проектированию 
рабочих площадок. 
Вторая, третья и четвертая главы посвящены расчету и конструированию и расчету элементов балочной клетки. Представлены расчет 
листового настила, балок настила и главных балок и все необходимые 
проверки подобранных сечений. На подробном сквозном примере расчета проиллюстрированы все теоретические и методические указания. 
Пятая глава посвящена расчету и конструированию узлов и соединений главной балки на сварке и на болтах. 
Шестая глава содержит указания по проектированию и расчету 
центрально-сжатых сплошных и сквозных колонн. Даны все необходимые проверки общей и местной устойчивости и гибкости. 
В седьмой главе представлено проектирование и расчет узлов 
сплошных и сквозных колонн — оголовков и баз. 

6

В восьмой главе даны рекомендации по графическому оформлению 
курсовой работы. 
Все основные справочные данные, необходимые при выполнении 
курсовой работы, в табличной форме представлены в приложениях к 
учебному пособию. 
Учебное 
пособие 
может 
быть 
использовано 
студентамибакалаврами при выполнении практических занятий и расчетнографических работ, студентами-магистрами для более углубленного 
изучения вопросов проектирования и расчета металлических конструкций балок и колони и их соединений на сварке и на болтах, студентами 
очно-заочных, заочных форм обучения и экстерната, а также инженерами-строителями в их практической деятельности. 

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ 

Ниже рассмотрены отдельные вопросы расчета и конструирования 
элементов рабочих площадок промышленных зданий и сооружений.  
Конструкции следует рассчитывать по правилам сопротивления 
материалов и в соответствии с указаниями СП 16-13330-2011 «Свод 
правил. Стальные конструкции» [1]. Кроме того, при выполнении разделов курсовой работы следует руководствоваться соответствующими 
главами учебников по металлическим конструкциям [2, 3, 7].  
Определение нагрузок, а также прогибов и перемещений элементов 
конструкций следует выполнять в соответствии с указаниями СП 2013330-2011 «Свод правил. Нагрузки и воздействия» [5]. 
Если рабочая площадка расположена в зданиях и сооружениях, 
конструкции которых относят к I повышенному уровню ответственности, то особые требования предъявляются к выбору материалов, определению нагрузок и т.д. Коэффициент надежности по ответственности 
(назначению) γn для конструкций таких зданий и сооружений принимают в пределах не менее 0,95, но не более 1,2.  
Если рабочая площадка расположена в сооружениях промышленных производств, жилых, общественных, сельскохозяйственных зданиях и др., то их конструкции относят ко II нормальному уровню ответственности и коэффициент надежности по ответственности (назначению) 
в этом случае принимают γn = 0,95.  
Пониженный 3 уровень следует принимать для сооружений сезонного или вспомогательного назначения (парники, теплицы, летние павильоны, небольшие склады и подобные сооружения). Коэффициент 
надежности по ответственности (назначению) γn в этом случае принимают не менее 0,8, но не более 0,95. 
Для зданий и сооружений I и II уровней ответственности должны 
учитываться дополнительные требования к нагрузкам, устанавливаемые специализированными организациями. 
Коэффициент надежности по ответственности устанавливается 
одинаковым для всего сооружения и для каждого из его элементов. 
В курсовой работе можно предположить, что проектируемая рабочая площадка находится внутри здания, которое относят к I уровню 
ответственности, и поэтому коэффициент по ответственности (назначению) можно принять равным γn = 1. 

8

1.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОЧИХ ПЛОЩАДОК 

Рабочие площадки предназначены для размещения технологического оборудования (рис. 1), его ремонта и обслуживания. Рабочие 
площадки могут размещаться в зданиях различных назначений: в 
торговых или выставочных залах, спортивных сооружениях и т.д. 
Общий вид рабочих площадок представлен на рис. 1―4. На рабочей 
площадке, изображенной на рис. 1, размещено листоправильное 
оборудование. 

 

Рис. 1. Общий вид рабочей площадки в листопрокатном цехе 

Рабочие площадки состоят из колонн, по которым укладывают систему несущих балок, а сверху размещают настил. В зависимости от назначения рабочие площадки могут иметь различные размеры по высоте, 
в плане и различную сетку колонн (рис. 1―6). Рабочие площадки чаще 
выполняют в виде самостоятельных сооружений, встроенных в производственные помещения или помещения другого назначения, или в 
иные здания и сооружения. 

9

На рис. 2 представлены две ячейки рабочей площадки в процессе 
монтажа листового настила. Для обеспечения пространственной жесткости и геометрической неизменяемости между колоннами размещены 
связи. Связи выполняют из одиночных уголков, труб или гнутосварных профилей квадратного сечения. 

 

Рис. 2. Ячейки рабочей площадки в процессе монтажа 

 

Рис. 3. Рабочая площадка на промышленном объекте

10

 

 

Рис. 4. Рабочая площадка в цехе горячей прокатки алюминия 

 

Рис. 5. Рабочая площадка прокатного стана листовой стали 

11

 

Рис. 6. Схема проектируемой рабочей площадки 

Система несущих балок образует балочную клетку. Схему балочной клетки принимают в соответствии с назначением и размещением на 
ней оборудования. Балочные клетки могут образовывать перекрытия и 
покрытия зданий и сооружений (рис. 7), проезжие части мостов (рис. 8, 9), 
рабочие площадки промышленных цехов и складских помещений. 
Кроме того, рабочие площадки размещают в главных корпусах ТЭС и 
АЭС для обслуживания и ремонта, монтажа и демонтажа турбоагрегатов и другого оборудования [14]. 
Размер балочной клетки рабочей площадки зависит от технологических процессов происходящий в цехах промышленных предприятий 
или корпусах электростанций. Например, размер одной рабочей площадки крупной электростанции составляет 1000…1500 м2 [4, 14]. 

Система несущих балок называется балочной клеткой.

Основные размеры балочной клетки в плане, то есть полные 
размеры площадки, сетку колонн, а также высоту рабочей площадки (отметку верха настила), обычно задают технологи или архитекторы исходя из требований технологии производства, размещения 
оборудования и удобства эксплуатации помещений. 
 

12

 

 

 

Рис. 7. Балочная клетка 

 

Рис. 8. Балочная клетка путепровода у Рижского вокзала в Москве 

13