Расчет металлических строительных конструкций
Расчетная схема настила, его толщина и действующая нагрузка. Нагрузки, действующие на второстепенную и главную балки. Изменение сечения, фрикционный стык главной балки. Расчёт центральной сжатой колонны, ее базы. Снижение материалоёмкости главной балки.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.08.2013 |
| Размер файла | 643,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ГОУ ВПО
"Пензенский государственный университет архитектуры и строительства"
Кафедра строительные конструкции
КУРСОВАЯ РАБОТА
по металлическим конструкциям
Автор работы: Салмин С.
Специальность 270102 ПГС
Обозначение 2069059-270102-070139-10 Группа ПГС-41
Руководитель работы: Нежданов К.К.
ПЕНЗА - 2010
Содержание
- 1. Расчёт настила
- 2. Расчёт второстепенной балки
- 3. Расчёт главной балки
- 3.1 Изменение сечения
- 3.2 Расчёт фрикционного стыка главной балки
- 4. Расчёт центрально сжатой колонны
- 4.1 Расчёт базы колонны
- 5. Снижение материалоёмкости главной балки
- Список используемых источников
1. Расчёт настила
Задаёмся толщиной настила t=10мм. Для того, чтобы определить нагрузку, действующую на настил заполним табл.1
Таблица 1. Нагрузки, действующие на настил
|
Наименование нагрузки |
Нормативная |
Коэффициент надёжности |
Расчётная |
||
|
кг/м2 |
гН/м2 |
гН/м2 |
|||
|
Постоянная t=1см |
78,5 |
7,85 |
1,05 |
8,24 |
|
|
Временная |
2000 |
200 |
1,2 |
240 |
|
|
2078,5 |
207,85 |
248,24 |
Расчёт настила ведем по нормативной нагрузке.
Рис. 1 Расчётная схема настила
Необходимо определить число шагов и шаг второстепенных балок
,
где l/t - искомое соотношение пролёта пластинки к ее толщине;
n0 - заданное отношение пролёта пластинки к её толщине;
qн = 207,85гН/м2 = 0,0208МПа - нормативная нагрузка на настил;
Пусть n0=150.
Определяем по формуле Телояна А.Л. отношение для настила
Если , то = 100 см.
Число шагов m= . Принимаем 12 шагов,
Тогда пролёт настила
Принимаем толщину настила равной 1 см.
металлическая конструкция настил балка
2. Расчёт второстепенной балки
Сбор нагрузок.
Таблица 2. Нагрузки, действующие на второстепенную балку
|
Наименование нагрузки |
Нормативная |
Коэффициент надёжности |
Расчётная |
||
|
кг/м2 |
гН/м2 |
гН/м2 |
|||
|
Постоянная t=1см |
78,5 |
7,85 |
1,05 |
8,24 |
|
|
Второстепенная |
40 |
4 |
1,05 |
4.2 |
|
|
Временная |
2000 |
200 |
1,2 |
240 |
|
|
2118,5 |
211,85 |
252,44 |
Расчёт второстепенной балки ведётся на действие расчётной нагрузки q=252,44гН/м2. Определяем расчётную нагрузку на один погонный метр:
q=q·s =252,44Ч1,02=257,48 гН/м2
где s - шаг второстепенных балок.
Расчёт балки сводится к подбору двутавра, обеспечивающего необходимую прочность.
Рис. 2. Расчётная схема второстепенной балки
.
,
где Rу - расчётное сопротивление стали. Сталь ВСт3сп5 (ГОСТ 27772-88), Rу=230 МПа [1, c.64, табл.51*]; g - коэффициент условия работы.
Требуемый момент сопротивления
.
По сортаменту подбираю двутавр 45 Б 1
Jx=27696; Wx =1231 см3; m=66,5 кг/м;
Проверка двутавра I 45 Б 1 на прочность при изгибе:
прочность обеспечена.
Проверяем жёсткость балки при нормативной нагрузке
qн = 211,85Ч1,02=216,08 гН/м.
Нормативный изгибающий момент
,
жёсткость достаточна.
3. Расчёт главной балки
Нагрузки, действующие на главную балку (табл.3)
Таблица 3. Нагрузки на главную балку
|
Наименование нагрузки |
Нормативная |
Коэффициент надёжности |
Расчётная |
||
|
кг/м2 |
гН/м2 |
гН/м2 |
|||
|
Постоянная t=1см |
78,5 |
7,85 |
1,05 |
8,24 |
|
|
Вт. балки 0,02 от вр. |
44 |
4 |
1,05 |
4,2 |
|
|
Гл. балка 0,02 от вр. |
60 |
6 |
1,05 |
6,3 |
|
|
Временная |
2000 |
200 |
1,2 |
240 |
|
|
2178,5 |
217,85 |
258,74 |
Расчёт главной балки сводится к определению размеров поперечного сечения, а так же к проверке прочности и устойчивости стенки.
Рис. 3. Расчётная схема главной балки
q=258,74Ч7=1811,18 гН/м,
qн=217,85?7=1524,95 гН/м,
,
.
. Q=RA=Rв.
Сталь марки Ст3сп5 (ГОСТ 27772-88) (Rу=230 МПа).
Поперечное сечение главной балки состоит из трех составных частей (стенки и 2х поясов). Требуемый момент сопротивления
. [RуY.
Определяю толщину стенки tст. из условия прочности на изгиб:
Aст. min=.
Высоту стенки принимаем из условия h=L/7 =1,71 м. Толщина стенки из условия среза равна
.
Находим толщину стенки при заданной гибкости её по формуле:
.
Принимаем кратно 0,1 см t =1,1 см. Требуемая площадь сечения балки не менее
.
Площадь сечения стенки - 50% от
, тогда оптимальная высота
h опт = .
Назначаю hст hст=140см. Площадь пояса равна
.
Принимаем tп=2см, тогда
bп=.
Принимаем bп=40 см
,
,
.
Рис. 4 Сечение балки.
Для проверки сечения на прочность необходимо рассчитать момент инерции и момент сопротивления.
.
Фактический момент сопротивления
.
Корректировать геометрические характеристики сечения не надо.
Рис. 5 Сечение балки.
Проверка прочности балки на изгиб:
, <230МПа.
Вывод: прочность сечения балки при действии максимального изгибающего момента обеспечена. Проверка прочности стенки балки на срез:
.
Статический момент половины сечения равен:
S1/2сеч=Ап·а+.
.
Вывод: Прочность сечения на срез обеспечена.
Поверка прочности шва на срез.
Статический момент полки:
Sn=a·cм3.
Величина касательных напряжений t в сварном шве.
<Rwf=185МПа.
Принимаю соединение пояса прямым швом.
3.1 Изменение сечения
В целях экономии материала в местах, где изгибающий момент имеет малое значение, уменьшаю габариты сечения.
Рис. 6. Расчётная схема изменения сечения главной балки
.
Вычислим необходимый момент сопротивления.
см3.
Минимальная площадь сечения находится по формуле:
==227,97см2,тогда
см2.
Ширина полки в изменённом сечении будет равна:
см.
Принимаю bп=20см
Рис. 7. Сечение балки.
Проверка изменённого сечения на прочность при изгибе:
Для проверки прочности на изгиб требуется определить следующие геометрические характеристики:
,
Wx=см3,,
< 230 МПа.
Принимаю прямой шов.
Вывод: Прочность шва на растяжение обеспечена
см2
<185 МПа
Вывод: Жёсткость обеспечена.
3.2 Расчёт фрикционного стыка главной балки
Необходимо рассчитать равнопрочный стык сварного двутавра с соединениями на фрикционных шпильках. Шпильки выполнены по ГОСТ 22356-77* [4]. Сталь 40Х или 30Х3МФ "Селект” ГОСТ 4543-71* с наименьшим временным сопротивлением Rbun = 1350 МПа [2, с.72, табл.61].
Расчётное сопротивление растяжению шпилек определяется по [2, с.6]
Rbh = 0,7·Rbun = 0,7·1350 = 945 МПа.
Примем болты или шпильки М20 Аш = 2,45 см [2, с.72, табл.62].
Расчётное усилие Qbh, которое воспринимается одной поверхностью трения, равно
Qbh =;
Где - коэффициент трения при зачистке поверхностей газопламенным способом [2, с.41, табл.36*]; - К коэффициент условий работы при зазоре между болтом и стенкой от отверстия 1 мм;
Характеристики сварой двутавровой главной балки следующие:
площадь сечения А = 305,861 см2,главный момент инерции Jx = 1058146,667 см4; момент сопротивления Wx = 14174,45 см3.
Сталь спокойной плавки С255 (ВСт3сп5) ГОСТ 27772-88 с расчётным сопротивлением Ry = 230 МПа [2, с.64, табл.51*], толщина t = 20-40 мм.
Фактический изгибающий момент, который способен передать двутавр
Мф = Ry·Wx = 230·14174,45 = 3260123,5 гН·см.
Площадь полки двутавра Ап = 40·2 = 80 см2,стенки Аст = 140·1,1 = 154 см2. Момент инерции стенки двутавра
Jст = = 251533,333 см4.
Часть изгибающего момента, передаваемая стенкой:
Мст = М = 3260123,5 = 774967,92 гН·см.
Несущая способность одного болта (2 поверхности трения)
Fб = .
Требуемый момент сопротивления одного ряда болтов при числе рядов m = 2
Стык стенки перекрываем двумя симметричными накладками толщиной
tн. ст = 0,9 см, 2tн. ст = 2·0,9 = 1,8 > tст = 1,1 см.
Зададим габарит болтового поля
С = ,
где = 2 см, d = 2 см.
Определяем необходимое число болтов n в ряду из квадратного уравнения
где
n2 - 10,64n+11,64=0
n = 9,4 шт.
Примем 10 болтов.
Определяем шаг S болтов
S = = = 14,2 см.
Назначим шаг S = 14,5 см. Равнопрочный фрикционный стык сварного двутавра на шпильках М20 ГОСТ 22356-77* из стали 40Х "Селект” ГОСТ 4543-71*, Rbun = 1100 МПа. Размеры в см. Число болтов в ряду n = 10. Число рядов m = 2. Уточняем габарит болтового поля
С = S (n - 1) = 14,5 ·9 = 130,5 см.
Определяем плечо внутренней пары сил одного ряда болтов
Фактическая несущая способность стыка стенки
Мфст = 1562,8·265,83·2 = 830878,248 > Мст = 774967,92 гНсм.
Прочность стыка стенки достаточна.
Расчет равнополочного стыка пояса.
Площадь поперечного сечения пояса
Площадь поперечного сечения накладок должна быть на 9….10 больше чем площадь пояса. Для стыка пояса примем три накладки с габаритом по ширине равным ширине верхнего пояса.
Для стыка пояса примем три накладки толщиной по tнп = 1,1см.
Пояс двутавра выдерживает силу Fпф = 230·80 = 18400 гН.
Для стыка пояса необходимо число болтов
Примем 12 болтов М20 из стали 40Х "Селект” (болты с одной стороны от стыка).
Минимальный шаг болтов
Фактическая несущая способность стыка пояса:
Вывод: прочность стыка пояса достаточна.
4. Расчёт центрально сжатой колонны
Определяем размеры поперечного сечения трубчатой колонны, обеспечивающие устойчивость её. Суммарная опорная реакция двух главных балок:
N = 2RA = 2·10867,08 = 21734,16 гH
Сталь BC 3 сп 5 (Rу=230МПа)
Задаём коэффициент продольного изгиба j = 0,8
см2.
Высоту колонны определяем с учётом:
отметки настила по заданию - 8,5 м,
высоты главной балки hгл. б=1,44м,
высоты второстепенной балки hвт. б=0,45м
и глубины заделки плиты колонны ниже
нулевой отметки 8,5-1,44-0,45 = 6,61м
Примем толщину стенки трубы to = 0,8 см.
Площадь сечения трубы тонкостенной
,
Принимаем трубу Ш 500·8 мм (50·0,8 см)
Фактическая площадь сечения трубы
, .
ix=iу==,
по [3, с.9].
.
Проверка устойчивости.
1·0,905·230 =208,15 МПа
Вывод: устойчивость колонны обеспечена с запасом.
4.1 Расчёт базы колонны
Расчёт плиты базы колонны
Диаметр плиты
= 50 + 18 = 68 см,
.
Условие прочности бетона на сжатие
; .
По напряжению сжатия назначаем бетон соответствующей марки.
Сталь плиты B Ст 3 Кп2 ГОСТ 380-71. Rу=195 МПа
Определяем толщину плиты из условия прочности её на изгиб
Рис. 8
Кt=0,0377.
Находим изгибающие моменты в радиальном и тангенциальном направлении
Мr=Кr·N=0,02·21734,16=434,6 гНсм,
Мt=Кt·N=0,0377·21734,16=819,37 гНсм,
W=4,2 см3,,
.
Проверяем условие прочности:
,
.
Прочность достаточна.
Nсв=Nср=·Асв,
Асв=Аnл-Акол=,
= 50·5,1=800,7 см2,Nср=5,98·1667,34=9970,69 гН,
,
,
=165,3<195 МПа.
Вывод: прочность плиты при изгибе достаточна. Прочность бетона под плитой при сжатии обеспечена.
5. Снижение материалоёмкости главной балки
Введём шарниры в первом и третьем пролётах так, чтобы момент во втором пролёте и опорные моменты над двумя центральными колоннами стали равны друг другу
,
.
Рис. 9.
q=3066,4 гН/м, qн=2578,4 гН/м.
,
,
,
.
Находим толщину стенки при заданной гибкости по формуле:
Принимаем кратно 0,1 см t =1,8 см.
Требуемая площадь сечения балки не менее
Было
Вывод: Экономия стали 29,3%.
Площадь сечения стенки - 50% от
, тогда оптимальная высота
h опт=
Назначаю hст hст=180см
Площадь пояса равна
Принимаем tп=2см, тогда
bп=
Принимаем bп=91 см
.
Рис. 10 Сечение балки.
Для проверки сечения на прочность необходимо рассчитать момент инерции и момент сопротивления.
.
Фактический момент сопротивления
.
прочность обеспечена.
Проверяем жёсткость балки при нормативной нагрузке
,
жёсткость достаточна.
Проверка прочности стенки балки на срез:
.
Статический момент половины сечения равен:
S1/2сеч=Ап·а+,
.
Вывод: Прочность сечения на срез обеспечена.
Принимаю соединение пояса прямым швом.
Список используемых источников
1. Металлические конструкции под общей редакцией Е.И. Беленя, Москва, Стройиздат 1986 г.
2. СНиП II-23-81* "Стальные конструкции”. Нормы проектирования Москва, Стройиздат 1990 г.
3. СНиП 2-01-85 "Нагрузки и воздействия”, Москва Стройиздат 1986 г.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Нормальный тип балочной клетки. Определение нагрузки на балки настила. Проектирование главной балки, компоновка и подбор ее сечения. Расстановка поперечных ребер. Проверка прочности главной балки. Проектирование стержня центрально-сжатой колонны.
курсовая работа [859,1 K], добавлен 09.02.2015Выбор схемы балочной клетки. Методы расчета балок настила и сравнение вариантов. Расчет и конструирование главной балки: расчетные нагрузки и усилия, расчетная схема и усилие в главной балке, подбор сечения главной балки. Расчет и конструирование колоны.
курсовая работа [560,5 K], добавлен 20.08.2010Расчет и конструирование балки настила. Подбор, компоновка основного сечения главной балки. Составление расчетной схемы и определение расчетных длин колонны. Монтажный узел главной балки, компоновка соединительных элементов. Проверки подобранного сечения.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 18.04.2018Расчет параметров балочной клетки по заданным показателям. Подбор сечения главной балки, ее материал, высота, нагрузка, геометрические характеристики принятого сечения. Изменение сечения главной балки. Проверка общей устойчивости балки и ее элементов.
практическая работа [688,5 K], добавлен 31.07.2012Компоновка балочной клетки. Подбор сечения балок настила. Определение массы балок настила. Проверка прочности и жесткости подобранного сечения. Расчетная схема, нагрузки, усилия. Подбор сечения центрально-сжатой колонны. Расчет поясных швов главной балки.
курсовая работа [912,0 K], добавлен 06.05.2012Расчетная схема, нагрузки и усилия, подбор сечения балки настила, проверка ее прочности и жесткости. Расчет геометрических характеристик поперечного сечения. Расчет планок колонны. Проверка общей и местной устойчивости главной балки, ее крепления к стене.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 20.12.2013Методы расчёта стального настила и балки настила. Сбор нагрузок на главную балку и изменение ее сечения. Расчет соединения поясов со стенкой. Проверки местной устойчивости элементов балки. Расчет центрально сжатой колонны: сплошного и сквозного сечения.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 04.10.2010Проектирование металлических конструкций для производственного здания. Расчеты стального настила и его балок, подбор сечения главной балки. Проверка прочности, общей устойчивости и прогиба сварной балки. Расчёт соединения поясов балки со стенкой.
контрольная работа [1,3 M], добавлен 14.12.2010Расчет несущего настила балочной клетки. Расчет балочных клеток. Компоновка нормального типа балочной клетки. Учет развития пластических деформаций. Расчет балки настила и вспомогательной балки. Подбор сечения главной балки. Изменение сечения балки.
курсовая работа [336,5 K], добавлен 08.01.2016Компоновка и подбор сечения главной балки. Проверка и обеспечение местной устойчивости сжатого пояса и стенки балки. Вычисление поясного шва, монтажного стыка и опорного ребра сварной балки. Подбор сечения и базы сплошной центрально-сжатой колонны.
курсовая работа [227,1 K], добавлен 09.10.2012
