Проектирование основных несущих конструкций стальной рабочей площадки

ПРОЕКТИРОВАНИЕ  
ОСНОВНЫХ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ 
СТАЛЬНОЙ РАБОЧЕЙ ПЛОЩАДКИ

Методическое пособие  
по выполнению курсового проекта по дисциплине  
«Металлические конструкции, включая сварку»  
для студентов дневной и заочной форм обучения 
по направлению подготовки бакалавров «Строительство»

Москва
Издательство «ФЛИНТА»
2021

УДК 624.014.(075.8)
ББК  38.54
         П79

Составитель 
канд. техн. наук 
Е.Н. Должикова 

Рецензент 
канд. техн. наук, доцент 
ЧОУ ВО «Институт управления и технологий в народном хозяйстве» 
В.Д. Лотоцкий

Проектирование основных несущих конструкций стальной 
рабочей 
площадки: 
методическое 
пособие 
по 
выполнению
курсового проекта по дисциплине «Металлические конструкции, 
включая сварку» / сост.: Е.Н. Должикова. — Москва : ФЛИНТА,
2021. — 112 с. — ISBN 978-5-9765-4728-5. — Текст : электронный.

Изложены основные положения и примеры расчета конструкций 
стальных балочных перекрытий и колонн в соответствии с 
действующими нормами проектирования.  
Предназначено для использования при проектировании и расчете 
конструкций балочных перекрытий и колонн студентами дневной и 
заочной форм обучения по направлению подготовки бакалавров 
08.03.01 «Строительство», профили: «Промышленное и гражданское 
строительство», «Городское строительство и хозяйство».  

УДК 624.014.(075.8)
ББК  38.54 

© ФГБОУ ВО «СГУ», 2018 
© Должикова Е.Н., составление, 2018 

П79

ISBN 978-5-9765-4728-5

ВВЕДЕНИЕ

Пособие содержит рекомендации по конструированию и расчету 

стальных конструкций балочных перекрытий и колонн. При изучении курса «Металлические конструкции, включая сварку», для более глубокого 
усвоения материала значительное место отведено курсовому проектированию и расчетно-графическим работам.

Выполнение курсового проекта (КП) в настоящее время усложняется 

тем, что выпуск нормативной и учебной литературы резко сократился или 
эта литература имеет недоступную стоимость.

КП является самостоятельной творческой работой студента, поэтому в

задании на КП указаны только основные габаритные размеры балочной 
площадки.

В соответствии с заданием студент должен выбрать наиболее рацио
нальный
конструктивный
вариант
балочной 
клетки
в
технико
экономическом отношении.

Наиболее трудоемкую часть работы составляет статический расчет

элементов балочных перекрытий и колонн.

Необходимо помнить, что глубокое понимание изучаемого вопроса

достигается прежде всего при самостоятельной работе над материалом.
В пособии представлены принципы и правила проектирования металлических конструкций балочной площадки промышленного здания, отражена 
основная технологическая последовательность конструирования и расчета 
её элементов.

В состав балочной клетки включены следующие конструкции: сталь
ной настил, балки настила и вспомогательные балки из прокатных двутавров, главные балки составного двутаврового сечения (сварные), стальные 
колонны сплошного и сквозного сечения.

Расчет элементов металлических конструкций производится по методу 

предельных состояний. Используется международная система единиц СИ. 
Расчет конструкций производится с необходимой точностью и в соответствие с положением по расчёту и конструктивными требованиями 
СНиП -23-81*, СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции».

Выполнение курсового проекта производится по заданным исходным 

данным.

Данное пособие имеет своей целью: 
- дать студентам развернутый и подробный план работы при выполне
нии КП; 

- осветить основные принципы расчета, конструирования и проектиро
вания стальных конструкций балочной клетки и колонн; 

- направить самостоятельную работу студентов над КП путем реко
мендаций настоящих Пособий и действующей нормативной литературы; 

- дать направление для научно-исследовательской работы студента при 

подборе сечений стальных конструкций балочной клетки колонн.

Глава 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ОСВОЕНИЮ КУРСА

«МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ, 

ВКЛЮЧАЯ СВАРКУ»

1.1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ 

«МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ, ВКЛЮЧАЯ СВАРКУ»

1.1. 1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Подготовка бакалавра, владеющего методами проектирования метал
лических конструкций, расчета и конструирования их узлов и деталей.

Для выполнения этого необходимо достижение следующих результа
тов образования (РО) знания:

– на уровне представлений: выработка понимания основ работы ме
таллических конструкций и их соединений;

– на уровне воспроизведения: владение принципами проектирования, 

компоновки и технико-экономического анализа принятых конструктивных 
решений; использование
основных положений, лежащих в основе 

СНиПов;

– на уровне понимания: использование навыков расчета и конструи
рования конкретных элементов и сооружений с использованием действующих норм проектирования, стандартов и лицензионных средств автоматизации проектирования.

Умения: 
– теоретические: пользоваться современной нормативной, техниче
ской и справочной литературой;

– практические: применять методы расчета и проектирования кон
струкций зданий и сооружений, отвечающих прочностным, экономическим и экологическим требованиям.

Навыки: использовать нормативную и справочную литературу, проек
тировать конструкции и здания, отвечающие требованиям надежности и 
долговечности.

Перечисленные РО являются основой для формирования следующих 

компетенций: (в соответствии с ФГОС ВО и требованиями к результатам освоения основной образовательной программы (ООП). 

Общекультурных:
а) общекультурных:
- владение культурой мышления, способностью к обобщению, анали
зу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);

- умение логически верно, аргументированно и ясно строить устную и 

письменную речь (ОК-2);

- умение использовать нормативные правовые документы в своей дея
тельности (ОК-5);

- стремление к саморазвитию, повышению своей квалификации и ма
стерства (ОК-6);

б) профессиональных, в том числе:
б.1) общепрофессиональных:
- использование основных законов естественных дисциплин в профес
сиональной деятельности, применение методов математического анализа и 
моделирования, теоретического и экспериментального исследования 
(ПК-1);

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

- владение методами проведения инженерных расчетов, технологией 

проектирования деталей и конструкций в соответствии с техническим заданием с использованием стандартных прикладных расчетных и графических программных пакетов (ПК-10);

- способность 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);

б.2) в области производственно-технологической и организацион
но-управленческой деятельности:

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

б.3) в области экспериментально-исследовательской деятельности:
знание научно-технической информации, отечественного и зарубежно
го опыта по профилю деятельности (ПК-17);

способность составлять отчеты по выполненным работам, участвовать 

во внедрении результатов исследований и практических разработок 
(ПК-19);

В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
основные свойства стали и алюминия;

рациональные области применения конструкций из металла;

нормативную базу в области проектирования; 

основные методы расчетов по первому и второму предельным со
стояниям; 

особенности обеспечения долговечности и пожарной безопасности; 

особенности эксплуатации. 

Уметь:
проектировать основные типы металлических конструкций;

оценивать величины основных нагрузок на конструкции зданий и 

особенности работы основных видов конструкций. 

Владеть:
- навыками получения экспериментальных характеристик материалов 

и элементов конструкций;

- методами автоматизированного проектирования конструкций.

1.1.2. ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Молодой специалист должен уметь проектировать основные типы метал
лических конструкций, уметь оценивать величины основных нагрузок на 
конструкции зданий и особенности работы основных видов конструкций. 

Содержание курса предусматривает изучение: 
- физико-механических особенностей стали и алюминия, рациональ
ные области их применения; 

- номенклатуры выпускающихся изделий и конструкций; 
- требований, предъявляемых к металлическим конструкциям; 
- основных конструктивных решений несущих конструкций и соединений; 
- способы защиты конструкций от внешней среды;
- особенности эксплуатации конструкций из металла;

1.2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Трудоемкость дисциплины составляет 7 зачетные единицы, 252 часа.

1.2.1. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ

№ раздела

Наименование 

раздела дисциплин

Виды учебной нагрузки 
и их трудоемкость, часы

Лекции

Практические 

занятия

Лабораторные 

работы

СРС

Всего часов

1
Основы металлических конструкций
10
20
2
13
45

2
Соединения металлических конструкций
10
20
6
40
76

3
Элементы металлических конструкций
10
20
6
40
76

4
Основы экономики  металлических конструкций

4
8
3
40
55

ИТОГО
34
68
17
133
252

1.2.2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 

«МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ, ВКЛЮЧАЯ СВАРКУ»

Раздел 1. Основы металлических конструкций

Введение
1. Краткий исторический обзор развития металлических конструкций 

(МК) в России и за рубежом. Цель изучения дисциплины. Области применения МК. Материалы для строительных металлических конструкций. Основные свойства и работа материалов в конструкциях

2. Требуемые свойства металлов и методы их оценки
3. Стали и алюминиевые сплавы
4. Влияние различных факторов на свойства стали                                        
5. Работа стали под нагрузкой
Сортамент
1. Характеристика основных профилей сортамента
2. Листовая сталь
3. Уголковые профили
4. Швеллеры
5. Двутавры
6. Тонкостенные профили
7. Трубы
8. Холодногнутые профили
9. Различные профили и изделия из металла, применяемые в строительстве
10. Профили из алюминиевых сплавов
11. Некоторые правила использования профилей в строительных кон
струкциях

Основы расчета металлических конструкций
1. Основные понятия и определения
2. Основные положения расчета металлических конструкций. Предель
ные состояния

3. Классификация нагрузок и их сочетаний
4. Работа под нагрузкой и расчет элементов конструкций

Раздел 2. Соединения металлических конструкций

Сварка и сварные соединения
1. Сварка
2. Конструирование и работа сварных соединений
3. Расчет сварных соединений
4. Конструктивные требования к сварным соединениям
5.Сварные соединения в конструкциях из алюминиевых сплавов.
Болтовые соединения
1. Виды болтов, применяемых в строительных конструкциях
2. Виды болтовых и заклепочных соединений

3. Работа и расчет болтовых соединений
4. Конструирование болтовых и заклепочных соединений
5. Особенности соединения элементов конструкций из алюминиевых сплавов
6. Примеры расчета болтовых соединений

Раздел 3. Элементы металлических конструкций

Балки перекрытий
1. Схемы и  конструкции перекрытий
2. Прокатные балки

2.1. Проверка прочности
2.2. Проверка общей устойчивости
2.3. Проверка жесткости балок
2.4. Подбор поперечного сечения

3. Сварные двутавровые балки

3.1. Проверка прочности
3.2. Проверка общей устойчивости
3.3. Проверка местной устойчивости
3.4. Подбор поперечного сечения
3.5. Расчет поясных швов
3.6. Стыки сварных балок

Стропильные фермы
1. Покрытия по строительным фермам
2. Прогоны
3. Схемы стропильных ферм

3.1. Схемы ферм с параллельными поясами
3.2. Схемы треугольных форм

4. Связи стропильных ферм

4.1. Назначение связей
4.2. Связи по нижним поясам ферм
4.3. Горизонтальные поперечные связи по верхним поясам ферм
4.4. Вертикальные связи по фермам

5. Расчет стропильных ферм

5.1. Определений расчетной нагрузки
5.2. Определение расчетных усилий в элементах ферм
5.3. Расчетные длины элементов ферм
5.4. Поперечные сечения элементов ферм
5.5. Подбор поперечных сечений элементов ферм
5.6. Конструкции и расчет узлов стропильных ферм

6. Рабочие чертежи стропильных ферм
7. Стропильные фермы из алюминиевых сплавов

Колонны
1. Колонны рабочих площадок

1.1. Конструкции колонн

1.2. Расчет центрально- сжатых сплошных колонн
1.3. Расчет центрально- сжатых сквозных колонн
1.4. Расчет базы колонны

2. Колонны одноэтажные промышленных зданий

2.1. Конструкции колонн
2.2. Расчет внецентренно-сжатых сплошных колонн
2.3. Расчет внецентренно-сжатых сквозных колонн

Раздел 4. Основы экономики металлических конструкций

1. Основы вариантного проектирования 
2. Определение массы конструкций             
3. Определение трудоемкости изготовления и монтажа конструкций  
4. Определение стоимости конструкций  
5. Снижение стоимости металлических конструкций

1.3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ 

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1.3.1.  ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

№
Авторы
Наименование
Издательство, 

год издания

Название, 
учебник, 

учебное пособие, справочник и т.д.

Кол. в 
библио
теке

1

Кудишин 
Ю.И. и др.

Металлические
конструкции.   
Общий курс.

М.: Изд. центр
«Академия», 
2008.

учебник
10

2

Под
редакцией
В.В. Горева

Металлические
конструкции в
3-х томах.

М.:
Высшая школа, 
2005.

учебник
10

3

СНиП 
II-23-81*

Стальные 
кон
струкции. Нормы 
проектирования.

М.: 
ФГУП  

ЦПП, 2003.

Нормативная 
литература

1      

Электр. 
версия.

4

.СНиП 
2.01.07-85

Нагрузки и воз
действия. Нормы 
проектирования

М.: ФГУП ЦПП, 
2005.

Нормативная 
литература

1    

Электр. 
версия.

5

СП.16.13330. 
2011.

Стальные 
кон
струкции

М.: ОАО ЦПП, 
2011.

Нормативная
литература

1    

Электр. 
версия

1.3.2. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

№
Авторы
Наименование
Издательство, 
год издания

Название, 
учебник, 
учебное 
по
собие, 
спра
вочник и т.д.

Количество 
в библиотеке

1
Под ред.  
В.В. Кузнецова

Металлические конструкции.  Справочник проектировщика 
в 3-х томах.

М.: АСВ, 1999.
Справочник
2

2
Р.Л. Маилян 
и др.

Строительные  
конструкции.

Ростов-на 

Дону: Феникс, 
2008.

Учебник
2

3
А.П. Мандриков

Примеры 
расчета 

металлических 
конструкций.

СанктПетербург.: 
Лань, 2012.

Учебное по
собие

1

1.4. ОБЪЕМ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

И ТРЕБОВАНИЯ К ЕГО СОДЕРЖАНИЮ

КП – разновидность реального проектирования на основе упрощен
ных в учебных целях данных. КП занимает важное место в процессе
обучения студентов. Темой КП является конструирование и расчет несущих конструкций балочной клетки. При проектировании необходимо
стремиться к применению современных и перспективных конструкций и
соединений, отвечающих основным требованиям экономичности, индустриальности, технологичности.

КП по курсу «Металлические конструкции, включая сварку» выполня
ется на основе индивидуального задания и включает в себя расчет и конструирование стальных балочных конструкций рабочей площадки производственного здания и центрально- сжатых колонн. При выполнении КП
студент должен приобрести навыки конструирования и расчета прокатных 
и составных сварных балок и их сопряжений между собой и с колоннами. 
Проектирование должно вестись с соблюдением требований главы 
«Стальные конструкции» СНиП II-23-81* [3].

При отсутствии указанной главы СНиП можно воспользоваться соот
ветствующими таблицами, помещенными в учебниках [1] или [2] и в приложении к данным указаниям.

Все расчеты студент оформляет в виде пояснительной записки. Она 

должна быть четкой, по возможности краткой, лаконичной и при этом содержать необходимые пояснения, ссылка на источники (СНиП, ГОСТ и 
т.д.) и выводы о произведенных расчетах, например: «Прочность балки не