Главная База знаний "Allbest" Производство и технологии Расчет балочной клетки и колонн рабочей площадки

Расчет балочной клетки и колонн рабочей площадки

Компоновка элементов балочной клетки; подбор ее поперечного сечения и проверка общей устойчивости. Определение размеров несущего настила. Вычисление центрально сжатой колонны балочной клетки: стержня, соединительных планок, базы и оголовка колонны.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 05.11.2012
Размер файла 576,6 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/

Содержание
  • Исходные данные
  • 1. Компоновка и расчет элементов балочной клетки
    • 1.1 Определение размеров несущего настила
    • 1.2 Расчёт второстепенных и вспомогательных балок
      • 1.2.1 Вариант 1
      • 1.2.2 Вариант 2
      • 1.2.3 Вариант 3
    • 1.3 Сравнение вариантов компоновки балочной клетки
  • 2. Расчёт главной балки составного сечения
    • 2.1 Подбор поперечного сечения балки
    • 2.2 Изменение поперечного сечения балки
    • 2.3 Проверка общей устойчивости балки
    • 2.4 Расчёт поясных швов балки
    • 2.5 Проверка местной устойчивости стенки балки
    • 2.6 Определяем ширину и толщину ребра жесткости
    • 2.7 Расчет опорного ребра балки
    • 2.8 Расчет соединения второстепенных балок с главной балкой
  • 3. Расчет центрально сжатой колонны балочной клетки
    • 3.1 Расчет стержня колонны
    • 3.2 Расчет соединительных планок колонны сквозного сечения
    • 3.3 Расчет базы колонны
    • 3.4 Расчет оголовка колонны
      • Список использованной литературы
Исходные данные

№ п/п

шаг балок настила

шаг колон в продольном направлении

шаг колон в поперечном направлении
постоянная нагрузка

qп , кН/м
временная нагрузка

qв, кН/м

сопряжение балок

тип колон

класс бетона фундамента

отметка уровня верхней балки настила

отметка низа базы колоны

88

2,4

12

6,6

2,7

15

этажное

сквозная

В15

7,1

-0,7

1. Компоновка и расчет элементов балочной клетки

Согласно с условиями задачи на балочную клетку действует только статическая нагрузка, поэтому (в соответствии с табл. По СНиП) элементы ее конструкций можно выполнить из стали С235 (ВСт 3 кп 2), расчетное сопротивление которой: Ry=23 кН/см2; а также из стали С245 (ВСт 3 п 6), расчетное сопротивление: Ry=24 кН/см2.

1.1 Определение размеров несущего настила

По данной нагрузке при толщина настила должна быть в пределах (8?10) мм

Принимаем с собственным весом , тогда общая суммарная нагрузка для расчёта пролёта настила будет равна:

По формулам находим величину отношения:

Отсюда

1.2 Расчёт второстепенных и вспомогательных балок

Рассмотрим несколько вариантов компоновки второстепенных балок (балок настила) данной балочной клетки.

1.2.1 Вариант 1

Листы настила располагаются вдоль второстепенных балок. Тогда шаг балок должен равняться ширине прокатных листов стали (по ГОСТ 82-87 или ГОСТ19903-74) плюс 10-40мм на выполнение электросварочных швов, соединяющих листы настила с балками.

Для настила берём листы шириной b=1000 мм , тогда шаг балок равен а=1000+40=1040 мм; тоесть 5 шагов по 1040 мм; 1040*5=5200 мм и 2 доборных шага по

Фрагмент расчётной схемы элементов балочной клетки по варианту №1

Расчёт второстепенной балки Б1

Определяем погонную нагрузку на балку с ориентировочным учетом ее собственного веса

Определяем расчетную погонную нагрузку на балку

Находим максимальный момент в пролёте

Находим требуемый момент сопротивления с учётом развития пластических деформаций материала балки

Согласно сортамента ГОСТ 26020-83 для балки Б1 принимаем:

І №12

Wx=58,4см3 Sx=33,7см3

Ix=350см4 А1=14,7см2 qс.в.=11,5кг/м=0,115кН/м

Определяем расчётную нагрузку на балку с учётом собственного веса

Определяем реальный максимальный момент и опорные реакции балки

Проверяем прочность подобранного профиля балки

Запас прочности составляет

Проверяем жесткость балки Б1

Балка удовлетворяет жёсткости и не будет прогибаться

Балка Б1: I №12

Расчёт вспомогательной балки Б2

Определяем реакции и момент в пролёте с учётом ориентированного веса балки

Определяем момент в центре балки

определяем требуемый момент сопротивления с учётом развития пластических деформаций материала балки

Принимаем по сортаменту

I№40Б3

Wx=1020см3 Sx=573см3

Ix=20480см4 А1=73,4см2 qс.в.=57,6кг/м=0,576кН/м

Уточняем величину максимального момента

Проверяем прочность подобранного профиля балки, с учётом того, что общая стойкость балок соблюдена

Проверка жесткости балки

Жесткость обеспечена. Принимаем I №40Б3

1.2.2 Вариант 2

Листы настила располагаются поперек второстепенных балок. Тогда шаг балок должен равняться максимальному пролету настила, ширину листов возьмем в соответствии с сортаментом по ГОСТ 82-70 или ГОСТ19903-74*, так, чтобы их стыковых швов было как можно меньше.

Количество пролетов настила

Основной шаг принимаем 1100мм, т.е. 6 шагов по a=1100мм.

1100•6=6600. Листы настила = 1050мм

Фрагмент расчётной схемы элементов балочной клетки по варианту №2

Расчёт второстепенной балки Б1

Определяем погонную нагрузку на балку с ориентировочным учетом ее собственного веса

Находим максимальный момент в пролёте

Находим требуемый момент сопротивления с учётом развития пластических деформаций материала балки

Согласно сортамента ГОСТ 26020-83 для балки Б1 принимаем:

І №14Б1

Wx=63,3см3 Sx=35,8см3

Ix=435см4 А1=13,39см2 qс.в.=10,5кг/м=0,105кН/м

Определяем расчётную нагрузку на балку с учётом собственного веса

Определяем реальный максимальный момент и опорные реакции балки

Проверяем прочность подобранного профиля балки

Запас прочности составляет

Проверяем жесткость балки Б1

Балка удовлетворяет жёсткости и не будет прогибаться

Балка Б1: I № 14Б1

Расчёт вспомогательной балки Б2

Определяем реакции и момент в пролёте с учётом ориентированного веса балки

Определяем момент в центре балки

Определяем требуемый момент сопротивления с учётом развития пластических деформаций материала балки

Принимаем по сортаменту

I № 40Б3

Wx=1020см3 Sx=573см3

Ix=20480см4 А1=73,4см2 qс.в.=57,6кг/м=0,576кН/м

Уточняем величину максимального момента

Проверяем прочность подобранного профиля балки, с учётом того, что общая стойкость балок соблюдена

Проверка жесткости балки

балочный клетка колонна настил

Жесткость обеспечена. Принимаем I №40Б3

1.2.3 Вариант 3

В балочной клетке будут отсутствовать вспомогательные балки, а второстепенные балки будут размещены с шагом близким к максимальному пролёту настила (t=10мм)

Находим количество второстепенных балок

Листы настила принимаем согласно с сортаментом (при продольном их расположении) соответственно принимаем b=1050мм

Фрагмент расчётной схемы элементов балочной клетки по варианту 3

Расчёт балки Б1

Находим продольную нагрузку на балку с ориентировочным учётом её собственного веса

Находим момент в пролёте

Найдём требуемый момент сопротивления с учётом развития пластических деформаций материала балки

Согласно с сортаментом ГОСТ 26020-83 для балки Б1 принимаем

I№ 30Б2

Wx=471 cм3 Sx=264см3

Ix=7070cм4 А1=44,9см2 q=35,2кг/м=0,352кН/м

Определяем расчётную нагрузку на балку с учётом её собственного веса

Определяем реальный максимальный момент и опорные реакции балки

Проверим прочность подобранного профиля балки

Запас прочности составляет

Проверим жесткость балки

Балка удовлетворяет жесткости. Принимаем I № 30Б2

1.3 Сравнение вариантов компоновки балочной клетки

Для сравнения подсчитываем затраты стали на 1м2 рассмотренных вариантов балочных клеток. Для этого к массе настила прибавляем массу всех второстепенных и вспомогательных балок, а полученную сумму делим на площадь балочной клетки.

Трудоемкость монтажа элементов балочной клетки оценивают приблизительно по количеству соединения балок.

№

п/п

Название элемента конструкции

Масса стали кг/м2

%

Число соединений

по элементам

по вариантам

поэтажное

в одном уровне

II

Настил t=10мм

второстепенные балки I№12

вспомогательные балки I№45

78,5

115,35

122,24

(6•20)•2+22•2=284

III

Настил t=10мм

второстепенные балки I№14Б1

вспомогательные балки I№40Б3

78,5

112,85

119,59

(5•20)•2+22•2=244

IIII

Настил t=10мм

второстепенные балки I№30Б2

78,5

94,63

100

(2•11)•2=44

По всем показателям преимущество отдаём III варианту.

2. Расчёт главной балки составного сечения

Расчётная схема балочной клетки по варианту III

2.1 Подбор поперечного сечения балки

Определяем реакции, максимальную силу, момент в пролёте с учётом ориентировочного веса балки

Определяем требуемый момент сопротивления с учётом развития пластических деформаций материала балки

Определим оптимальную высоту балки

по эмпирической формуле определяем толщину стенки балки

tw=7+3h=7+3•1,09=10,27мм

Принимаем толщину стенки 11мм

По условию жесткости находим минимальную высоту балки

Из условия работы стенки балки на касательные напряжения у опоры определяем допустимую толщину стенки

Обозначим минимально допустимую толщину стенки балки, исходя из условия неприменения продольных рёбер жесткости для обеспечения местной стойкости

Сравнивая полученные расчётным путём толщины стенки балки с принятой tw=11мм, приходим к выводу, что она соответствует условиям прочности на действие касательных напряжений и не требует подкрепления её продольными рёбрами жесткости для обеспечения местной стойкости

Компоновка сечения балки

Согласно с сортаментом листовой стали по ГОСТ 19903-74 стенку балки принимаем 1000х11 мм. Толщина поясных листов ,

Тогда высота балки будет h=1000+22+22=1044 мм

Так как принятая высота балки h=1044>hопт=103,39 мм, то ориентировочную площадь каждого из поясов балки находим по формуле

Поперечный разрез балки

Ширину пояса определим в промежутке рекомендуемого отношения

Принимаем согласно с сортаментом универсальной листовой стали по ГОСТ 82-70 ширину пояса балки bf=380 мм, тогда принимаем толщину пояса балки tf=16 мм, т.е.пояс балки берём 380х16 мм

Проверим местную стойкость сжатого пояса в упруго пластичной стадии работы.

Условие выполняется.

Вычислим свес пояса балки

Находим фактическое отношение

Поперечный разрез балки

Определяем геометрические характеристики поперечного сечении балки

А1=2Af+Aw=2(38•1,6)+100•1,1=231,6см2

Находим собственный вес одного погонного метра балки с учётом конструктивного коэффициента ш=1,2

Определяем реальный максимальный момент, реакции и максимальную поперечную силу балки с учётом её собственного веса.

11) Проверяем мощность подобранного сечения поперечного разреза балки по формулам

Запас прочности составляет

12) Проверяем жесткость балки

Жесткость балки удовлетворяет требованиям. Берем это сечение балки

2.2 Изменение поперечного сечения балки

Место изменения сечения поясов балки принимаем на расстоянии

от опоры

Обозначим в разрезе "х" величины М и Q как М* и Q*

Находим требуемый момент сопротивления в месте смены сечения балки

Устанавливаем требуемую площадь каждого из поясов изменённого сечения балки

Оставляем толщину поясных швов постоянную, находим новую ширину

Согласно с сортаментом (по ГОСТ 82-70) принимаем новую ширину пояса 320мм, т.е. с листа 320х16 мм.

При этом новая ширина пояса соответствует условиям:

Изменённое сечение балки

Определяем геометрические характеристики изменённого сечения балки

Проверим прочность подобранного сечения балки

Что нас устраивает при проверке сварочного шва физическими методами

Проверяем приведенные напряжения в уровне поясных швов в месте замены сечения поясов балки

Где у1х* и ф1х* нормальные и касательные напряжения в точке 1 сечения балки (на уровне поясных швов)

Sf статический момент пояса относительно нейтральной оси "Х" сечения балки

Так как условие формулы выполняется, то прочность балки в месте изменения сечения поясов обеспечена.

2.3 Проверка общей устойчивости балки

В соответствии с требованиями пункта 5,16а СНиП общую устойчивость балки можно не проверять если выполняется условие формулы:

Где -расстояние между второстепенными балками, если отношение , то в формуле надо принимать эту величину равную 15.

Условие выполнено и общую устойчивость балки проверять не надо.

2.4 Расчёт поясных швов балки

Находим сдвигающую силу на 1 см длины балки по формуле

Определяем толщину поясных швов, которые выполняют автоматической сваркой.

Расчёт производим по металлу границы сплавления

Конструктивно принимаем по таблице 38 СНиП kf=4мм > 0,153мм, где вf, вz - коэффициенты условия работы шва и конструкции; Rwf=18кН/см2 - расчетное сопротивление угловых швов по металлу границы сплавления; Ru=36кН/см2 - расчетное сопротивление стали растяжению-сжатию.

2.5 Проверка местной устойчивости стенки балки

1) Проверяем необходимость проведения проверки местной устойчивости стенки балки

В соответствии с пунктом 7.3 СНиП местную устойчивость стенки балки проверять не надо, если выполнено условие по приведенным напряжениям, а также условная гибкость стенки не превышает (при отсутствии местных напряжений) 3,5.

Первое условие выполнено, проверяем второе

Находим условную гибкость стенки балки

т.е. в нашем случае сошлись оба условия поэтому проверку местной устойчивости стенки балки проводить не надо.

2.6 Определяем ширину и толщину ребра жесткости

Конструктивно принимаем bh=100 мм

Конструктивно принимаем ts=8 мм

Рёбра будем приваривать к стенке балки ручной сваркой согласно с данными таблицы 38 СНиП, двухсторонним швом kf=6 мм

2.7 Расчет опорного ребра балки

Расчетная схема опорного ребра

Определяем размеры опорного ребра. По формулам находим требуемую площадь его поперечного сечения.

Конструктивно зададимся шириной опорного ребра bcf=bf*=20см, тогда:

т.е. условие выполнено.

Находим требуемую толщину ребра

Конструктивно принимаем ts=14мм.

Проверяем напряжения в ребре при условии его изменения

Проверяем устойчивость опорного ребра из площади балки.

Опорное ребро рассмотрим как условно шарнирно опертый сжатый стержень сложного сечения, высота которого равняется высоте стенки балки.

Общая площадь стержня состоит из площади опорного ребра и площади части стенки балки длинной .

Находим необходимые геометрические характеристики рассматриваемого сечения.

, тогда

Определяем катеты швов kf, которые присоединяют опорное ребро к стенке балки. tw=hw-2=100-2=98см.

Т.к швы будем выполнять ручной сваркой, то вf=0,7; вz=1.

Катет шва определяем из условия среза по металлу шва, или:

Согласно с требованиями таблицы 38 СНиП в этих условиях катет шва должен быть не менее 6мм. Конструктивно принимаю его равным kf=8мм.

2.8 Расчет соединения второстепенных балок с главной балкой

Этажное опирание может передавать только небольшие реакции, т.к. может происходить изгиб главной балки. Такое опирание можно усилить Поставив под балку настила ребро жесткости и этим самым предостеречь местный изгиб верхнего пояса главной балки, поэтому узел соединения второстепенных балок находим конструктивно.

Конструктивное решение этажного опирания балок

3. Расчет центрально сжатой колонны балочной клетки

3.1 Расчет стержня колонны

· Отметка верха колонны 7,1м;

· Колонна центрально сжатая;

· Шарнирно оперта вверху и внизу;

· Сталь С235>Ry=23кН/см2;

· Реакция главной балки VГБ=934,75кН;

· Ориентированный вес колонны QС.В.=10…15кН

Определяем геометрическую длину колонны

lгеом=H1+h3-hбо=7,1+0,7-1,016=6,7м

Максимальная сила, сжимающая колонну

Определяем расчетную длину колонны

Определяем требуемую площадь сечения колонны, предварительно задавшись ее гибкостью и коэффициентом продольного изгиба.

Определяем требуемый радиус инерции сечения колонны

По требуемой площади и требуемому радиусу инерции, подбираем профиль швеллера.

Швеллер №33

Находим действительную гибкость стержня относительно оси Х.

Производим расчет стержня колонны относительно свободной оси y.

Определяем расстояние между ветвями колонны исходя из равноустойчивости ее в 2-х плоскостях. лпр= лх.

Определяем расстояние между соединительными планками исходя из того, что гибкость ветви между планками должна быть не более 40. Принимаем 30.

лв?40> лв=30

Принимаем l1=90см.

Предварительно задаемся размерами плана, при этом во избежание выпучивания планки, должны быть соблюдены следующие отношения:

Задаемся минимально возможной шириной колонны

Определяем

Принимаем hпл=22см.

Для определения приведенной гибкости скомпонованного сечения колонны вначале определяем параметр n.

Т.к.

Используя приближенную зависимость радиуса инерции от конфигурации сечения.

,

Находим раздвижку ветвей колонны

Принимаем

Определяем геометрические характеристики сечения колонны относительно свободной оси у.

Определяем гибкость колонны относительно свободной оси у.

Проверяем устойчивость колонны относительно оси у.

Запас прочности составляет

3.2 Расчет соединительных планок колонны сквозного сечения

Расчет планок состоит в проверке их сечения и расчете швов, прикрепляющих их к ветвям колонны. Соединительные планки рассчитывают на условную поперечную силу.

Тогда сила приходящаяся на планку одной грани равна:

Определяем силу F, действующую на нашу планку:

Проверяем напряжения в планке:

Швы, крепящие планку к швеллеру, рассчитываем на срез только по металлу шва, т.к.

Принимаем катет шва равный

Проверяем напряжения в шве по формулам:

3.3 Расчет базы колонны

Принимаем бетон В15 (Rb=0,85кН/см2)

Nmax=1884,5 кН

Находим требуемую площадь опорной плиты колонны

, где:

Ш=(1,2…1,5)

Rр - расчетное сопротивление бетона на смятие

Для определения габаритных размеров плиты, задаемся Lпл из конструктивных соображений.

Определяем требуемую ширину плиты.

Определяем конструктивный размер ширины плиты

Определяем действительное опорное давление на плиту башмака

Определяем толщину опорной плиты.

Для определения толщины опорной плиты работающей на изгиб, определяем максимальный изгибающий момент в плите башмака (проведем анализ на участках 1,2,3)

Участок 1

Участок 2

Участок 3

Принимаем сталь марки С235 (Ry=22кН/см2) толщина от 20 до 40мм

Определяем толщину плиты по максимальному моменту

Принимаем толщину плиты 40мм.

Определяем высоту траверсы и длину сварных швов, которыми она крепится к стержню колонны.

Катет шва, крепящий траверсу к телу колонны должен быть:

·

· , который определяется по таблице 38 СНиП в зависимости от вида сварки

Т.к. сварка выполняется вручную, то

Конструктивно принимаем tтр=10мм; tполки=12,6мм; tстенки=7,5мм

Длину шва, прикрепляющего траверсу к колонне определяем из условия его среза по металлу шва, т.к.:

,

Определяем толщину швов, которыми траверсы и стержень колонны крепятся к опорной плите.

Принимаем катет шва равный 10мм.

3.4 Расчет оголовка колонны

Принимаем ребра стали С235 (Ry=23кН/см2) толщина от 20 до 40мм > > Ry см=35кН/см2.

Определяем условную длину распределения lст:

Определяем требуемую площадь смятия торца ребра

Определяем толщину ребра колонны

Согласно с сортаментом принимаем толщину ребра 16мм.

Определяем длину швов, крепящих стальные ребра к стенкам ветвей колонны. Сварку выполняют ручным способом, при этом: вf =0,7; вz=1

Т.к. , следовательно:

Принимаем lшв=42см.

Определяем высоту ребра:

Принимаем высоту ребра равной 45см.

Список использованной литературы
1. Методические указания для выполнения раздела дипломного проекта и курсового проекта "балочная клетка и колонны рабочей площадки" по дисциплине "металлические конструкции". Мазур В.А. - Харьков: ХГАГХ, 2002
2. СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия"
3. СНиП ІІ-23-81 Часть ІІ "Стальные конструкции".
Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

  • Проектирование металлической балочной клетки

    Компоновка балочной клетки. Маркировка элементов монтажной схемы рабочей площадки. Расчет стального настила балки, сварных швов. Статический и конструктивный расчет балки. Проверка сечения, устойчивости конструкции. Расчет колонны сквозного сечения.

    курсовая работа [2,0 M], добавлен 29.05.2015

  • Проектирование металлической балочной площадки

    Схема балочной клетки нормального типа. Расчёт балки настила. Схема балочной клетки усложнённого типа. Подбор сечения, момент инерции, погонная расчётная и нормативная нагрузка. Расчёт второстепенной балки. Момент сопротивления сечения.

    курсовая работа [593,8 K], добавлен 26.01.2011

  • Расчет и конструирование элементов балочной клетки и колонны

    Конструктивные решения балочной площадки. Расчетная толщина углового шва, прикрепляющего настил к балкам, выполненного полуавтоматической сваркой. Проверка несущей способности балки. Определение внутренних расчетных усилий в месте изменения сечения.

    курсовая работа [517,6 K], добавлен 14.11.2015

  • Расчет элементов балочной клетки

    Сбор нагрузок и статический расчет. Расчет на прочность разрезных балок сплошного сечения из стали. Проверка сечения по касательным напряжениям. Проверка прогиба. Конструирование главной балки. Компоновка составного сечения. Определение размеров стенки.

    курсовая работа [122,2 K], добавлен 24.10.2013

  • Балочная клетка

    Расчет прокатной балки настила, главной балки, центрально-сжатой колонны, оголовка, планок, базы колонны. Расчетный максимальный изгибающий момент в середине пролета. Общая устойчивость главной балки. Определение предельно допустимого прогиба балки.

    курсовая работа [592,2 K], добавлен 06.04.2015

  • Конструирование и расчет металлических конструкций технологической площадки

    Компоновка и подбор сечения балки. Проверка жесткости и устойчивости балки. Проверка местной устойчивости элементов балки. Конструирование укрупнительного стыка балки и сопряжения балки настила с главной балкой. Компоновка сечения сквозной колонны.

    курсовая работа [322,2 K], добавлен 23.06.2019

  • Проектирование однопролетных шарнирно-опертых балок и колонн

    Расчет и конструирование однопролетных шарнирно-опертых балок. Определение расчетного пролета и нагрузок; проверка общей устойчивости и деформативности. Конструирование колонн: выбор расчетной схемы, компоновка сечения, расчет оголовка и базы колонны.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 15.05.2012

  • Металлические конструкции рабочей площадки

    Сбор нагрузок на элементы рабочей площадки. Подбор и проверка сечения балки настила, главной балки. Конструирование узлов соединения элементов главной балки. Определение сечения колонны, требуемой площади опорной плиты. Расчёт сварных швов крепления.

    курсовая работа [2,1 M], добавлен 17.11.2010

  • Подбор сечения нижней части колонны

    Практический конструкторский расчет подбора сечения нижней части колонны: проверка устойчивости ветвей и расчет решетки подкрановой колоны. Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня и конструирование узла сопряжения.

    лабораторная работа [49,7 K], добавлен 01.12.2010

  • Стальные конструкции рабочей площадки

    Исходные данные для проектирования. Расчет настила, балки настила, главной балки, укрепительного стыка главной балки, колонны. Схема расположения основной ячейки. Определение грузовой площади. Проверка на прочность и устойчивость стенки балки и колонны.

    курсовая работа [336,5 K], добавлен 21.05.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены