Компоновка балочной клетки рабочей площадки производственного здания
Выбор стали основных конструкций. Расчет балок настила и вспомогательных балок. Определение нормативных и расчетных нагрузок. Компоновка сечения главной балки. Проверка нормальных напряжений. Проверка местной устойчивости элементов балки и расчет балки.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.01.2015 |
| Размер файла | 292,8 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
Введение.
1. Исходные данные для курсового проектирования.
2. Технико-экономическое обоснование компоновки балочной клетки.
2.1 Выбор компоновочной схемы
2.2 Выбор стали основных конструкций
2.3 Расчет настила
2.4 Расчет балок настила и вспомогательных балок
Вариант 1. Балочная клетка нормального типа
Вариант 2. Балочная клетка усложненного типа
2.5 Выбор оптимального варианта
3.Расчет главной балки.
3.1 Определение нормативных и расчетных нагрузок
3.2 Определение усилий
3.3 Компоновка сечения главной балки
3.4 Проверка нормальных напряжений
3.5 Изменение сечения балки по длине
3.6 Проверка прочности балки в измененном сечении
3.7 Проверка местной устойчивости элементов балки и расчет балки
3.8 Проверка жесткости
3.9 Расчет поясных швов
3.10 Конструирование и расчет опорной части балки
3.11 Расчет и конструирование монтажного стыка
4. Расчет колонны.
4.1 Расчет стержня колонны сквозного сечения
4.2 Расчет планок
4.3 Расчет оголовка колонны
4.4 Расчет базы колонны
Список литературы
Введение
В курсовом проекте рассматривается балочная клетка рабочей площадки производственного здания, состоящая из железобетонного настила, системы перекрестных балок, колонн и фундаментов. Выбор размеров балочной клетки в реальных условиях достаточно сложен, так как на суммарную стоимость конструкции влияет большое количество факторов: тип настила, схема размещения балок, шаг колонн, марка стали и т.п. С учетом современного метода вариантного проектирования задача курсового проекта упрощается и сводится к выбору оптимального по расходу металла решения упрощенного, нормального или усложненного типа балочной клетки при заданной полезной нормативной нагрузке и основных параметров.
В данном курсовом проекте рассматривается два варианта компоновки балочной клетки. При этом изменяется шаг балок настила и второстепенных балок. Для каждого из двух вариантов необходимо рассчитать настил, балки настила, второстепенные балки и определить минимальный расход стали на 1 мІ перекрытия.
1. Исходные данные для курсового проектирования
1.Номер схемы поперечника: 2.
1. Размеры площадки в плане: 30х18 м.
2. Шаг колонн в продольном направлении: 15 м.
3. Шаг колонн в поперечном направлении: 6 м.
4. Нормативная полезная нагрузка: gн=12 кН/мІ.
5. Коэффициент надежности по нагрузке: гf=1,2.
6. Отметка верха габарита помещения: +9,200.
7. Отметка настила: +11,200
8. Отметка чистого пола 1-го этажа: ±0,000.
9. Материал несущих конструкций: сталь;
10.Материал фундаментов: бетон класса В12,5.
11.Тип сечения колонн: сквозные.
12. Расчетная температура эксплуатации -20 °C.
2. Технико-экономическое обоснование компоновки балочной клетки
2.1 Выбор компоновочной схемы
Балочные клетки могут быть нормального или усложненного типа
(рис. 1.1.1 а,б):
а). Нормальный тип балочной клетки
.
б). Усложненный тип балочной клетки.
Рис. 1.1.1. Типы балочных клеток.
2.2 Выбор стали основных конструкций
Исходя из заданной температуры эксплуатации и приняв статический характер действия нагрузки по табл. 50* [1] выберем сталь для основных конструкций:
Главные балки, балки настила и колонны - сталь С245 по ГОСТ 27772-88
Настил рабочей площадки и связи по колоннам - сталь С245 по ГОСТ 27772-88
2.3 Расчет настила
Толщину стального настила находим из нормативной величины временной нагрузки и в соответствии с сортаментом:
Рн=12 кН/м2, то t=8-10 мм. Принимаем t=10 мм.
Максимальный пролет стального настила, определенный из условия равенства фактического прогиба настила предельному значению:
а=1 м.
где n0 = 150 - величина обратная предельному относительному прогибу настила;
E1 = 2.26 10 8 кПа - цилиндрическая изгибная жесткость стального настила;
рн =12 кПа;
t = 0,01м.
2.4 Расчет балок настила и вспомогательных балок
Вариант 1. Расчет балочной клетки нормального типа.
Расчет балки настила.
Балку рассчитываем как свободно опертую, загруженную равномерной нагрузкой. Толщина настила 10 мм. Вес настила Рн=0,785 кН/м2, a=1 м - шаг балок настила.
Определяем нормативную линейную равномерно распределенную нагрузку на балку настила:
Определяем расчетную линейную равномерно распределенную нагрузку на балку настила:
,
где гfз=1.0,5 - коэффициент надежности для собственного веса пастила; гfg=1,2 -- коэффициент надежности по нагрузке
Расчетной схемой балки настила является однопролетная разрезная балка. Усилия, действующие в балке настила, при пролете балки равном l=6м:
Усилия, действующие на балку настила:
М н =( q н * l 2 )/ 8=(12,785 * 6 2 )/ 8 = 57,5325 кН м
M =( q * l 2 )/ 8=(15,2242 * 6 2 )/ 8 = 68,5089 кН м
Q =( q * l ) / 2 = (15,2242 * 6) / 2 = 45,6726 кН
Определяем требуемый момент сопротивления балки:
,
где с1=1,12-коэффициент, принимаемый по прил.5 [3],
гc=1- коэффициент условий работы,
Rу=24,5 кН/см2 расчетное сопротивление по пределу текучести для стали С245.
Принимаем по сортаменту двутавр №26Б1 по ГОСТ 26020-83, имеющий:
Ix=4024 см4, Wx=312,0 смі, Л/п=0,28 кН/м, А=35,62 смІ.
Определяем дополнительные усилия от собственного веса балки:
Mґн=(Л/п*l2)/8=0,280*6І/8=1,26 кНм
Мґ=(Л/п*l2* гfз)/8=(0,280*62* 1,05)/8=1,323 кН
Qґ=(Л/п*l2* гfз)/2=(0,280*62* 1,05)/2=0,882 кН
Проверка выбранного профиля:
= (М+ М1)/С1 Wx = (6850,89 + 132,3) / 1,16*312=19,29 < 24.5 кН / cм2
= Q2 / (h - 2 tf) t w =45,6726/(25,8-2*0,85)0,58=3,27<7,105
где С1 = С при < = 0. 5 Rs =7,105
C = 0.04576 / (Af/А)+ 1.0185=0.04576 / 0,32+1.0185=1,16
Af/А = bf tf / (A - 2 bf tf)=(12*0,58)/(35,62-2*12*0,58)=0,32
Проверка относительного прогиба балки:
f / l =((М н + Мґн )*l) / (10* Jx *E)=( (5753,25 + 126) * 600) / (10 *4024 * 2.06* 104) =4,26*10-3<5*10-3
f / l?1/ n0 при l=6 м n0=200
Жесткость балки настила обеспечена.
Расход материала на мІ конструкции:
Масса m=0,28кН=28кг
Количество балок к/б=16
Р/м=(m*l*к/б)/(l*b)= (28*6*16)/(6*15)=29,867кг/м2
Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прочности и прогиба.
Вариант 2. Расчет балочной клетки усложненного типа.
Расчет балки настила.
Шаг балок настила принимаем а=1,2 м, шаг вспомогательных балок принимаем равным b=3 м. Толщина настила 10 мм, Рн=0,785 кН/м2,.
Определяем нормативную линейную равномерно распределенную нагрузку на балку настила:
Определяем расчетную линейную равномерно распределенную нагрузку на балку настила:
Усилия, действующие на балку настила:
,
Q=*3/2=27, 4036 кН
Определяем требуемый момент сопротивления балки:
,
где с1=1,12-коэффициент, принимаемый по прил.5 [3],
гc=1- коэффициент условий работы,
Rу=24.5 кН/см2 расчетное сопротивление по пределу текучести для стали С245
Принимаем по сортаменту двутавр №16Б1 по ГОСТ 26020-83, имеющий:
Ix=689 см4, Wx=87,8 смі, Л/п=0,127 кН/м, А=16,8 смІ.
Определяем дополнительные усилия от собственного веса балки:
Mґн=(Л/п*l2)/8=0,127*3І/8=0,1429 кНм
Мґ=(Л/п*l2* гfз)/8=(0,127*32* 1,05)/8=0,15 кН
Qґ=(Л/п*l2* гfз)/2=(0,127*32* 1,05)/2=0,2кН
Проверка выбранного профиля:
= (М+ М1)/ С1 Wx = (2055,27 + 15) / 1,09*87,8=21,6325 < 24.5 кН / cм2
= Q2 / (h - 2 tf) t w =27, 4036 /(15,7-2*0,59)0,40=4,72<7,105
где С1 = С при < = 0. 5 Rs =7,105
C = 0.04576 / (Af/А)+ 1.0185=0.04576 / 0,68+1.0185=1,09
Af/А = bf tf / (A - 2 bf tf)=(8,2*0,59)/(16,8-2*8,2*0,59)=0,68
Проверка относительного прогиба балки:
f / l =((М н + Мґн )*l) / (10* Jx *E)=( (1725,97 + 14,29) * 300) / (10 *689 * 2.06* 104) =3,68*10-3<6,6666*10-3
f / l?1/ n0 при l=3 м n0=150
Жесткость балки настила обеспечена.
Расход материала на мІ конструкции:
Масса m=0,127кН=12,7кг
Количество балок к/б=25
Р/м=(m*l*к/б)/(l*b)= (12,7*3*25)/(6*15)=10,58кг/м2
Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прочности и прогиба.
Расчет вспомогательной балки.
Нагрузку на вспомогательную балку от балок настила считаем равномерно распределенной. Определяем нормативную и расчетную нагрузку на нее:
Определяем расчетную линейную равномерно распределенную нагрузку на балку настила:
Усилия, действующие на балку настила:
,
Q=*6/2=137, 2584 кН
Определяем требуемый момент сопротивления
,
Принимаем по сортаменту двутавр №40Б2 по ГОСТ 26020-83, имеющий:
Ix=18530см4, Wx=935,7 смі, Л/п=0,548 кН/м, А=69,72смІ.
Определяем дополнительные усилия от собственного веса балки:
Mн=0,548*6І/8=2,466кНм
М=0,548*1,05*6І/8=2,5893кНм
Q=0.548*1.05*6/2=1,7262кН
Проверка выбранного профиля:
= (М+ М1)/ С1Wx = (20588,76 +258,93) /1,09* 935,7=20,44 < 24.5 кН / cм2
= Q2 / (h - 2 tf) t w =137, 2584 /(39,6-2*1,15)0,75=4,91<7,105
где С1 = С при < = 0. 5 Rs =7,105
C = 0.04576 / (Af/А)+ 1.0185=0.04576 / 0,6+1.0185=1,09
Af/А = bf tf / (A - 2 bf tf)=(16,5*1,15)/(69,72-2*16,5*1,15)=0,6
Проверка относительного прогиба балки:
f / l =((М н + Мґн )*l) / (10* Jx *E)=( (17294,04+ 246,6) * 600) / (10 *18530 * 2.06* 104) =2,757*10-3<5*10-3
f / l?1/ n0 при l=6 м n0=200
Жесткость балки настила обеспечена.
Расход материала на мІ конструкции:
Масса m=0,548кН=54,8кг
Количество балок к/б=6
Р/м=(m*l*к/б)/(l*b)= (54,8*6*6)/(6*15)=21,92кг/м2
Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прочности и прогиба.
2.5 Выбор оптимального варианта
Полученные величины расхода стали на 1 мІ площади балочной клетки сведены в таблицу 3.3.1:
Таблица 3.3.1
|
наименование элементов |
1 вариант |
2 вариант |
|||||
|
расход стали, кг/м2 |
количество балок |
расход стали, кг/м2 |
количество балок |
||||
|
типоразмер |
шт |
типоразмер |
шт |
||||
|
балка настила |
29,867 |
1 |
16 |
10,58 |
1 |
25 |
|
|
вспомогательная балка |
- |
- |
- |
21,92 |
1 |
6 |
|
|
итого |
29,867 |
16 |
32,5 |
31 |
По расходу металла 1 вариант выгоднее.
3. Расчет главной балки
конструкция балка настил устойчивость
Главные балки балочных клеток проектируют составными из листовой стали по ГОСТ 82-70*. Соединение листов осуществляется сваркой или заклёпками. Большинство используемых составных балок - сварные, клёпаные балки применяются в основном при тяжёлой подвижной нагрузке, так как в этих условиях они значительно надёжнее сварных. В обычных условиях сварные балки более экономичны.
3.1 Определение нормативных и расчетных нагрузок
Расчетной схемой главной балки является однопролетная балка, загруженная равномерно распределенной полезной нагрузкой и нагрузкой от собственного веса балок настила и настила.
Нормативная величина равномерно распределенной нагрузки:
q н = b * ( p н * g нн + g нбн ) = 6 * ( 12+0,785+0,2987) = 78,5 кН / м.п
Расчетная величина равномерно распределенной нагрузки:
q = b * (n1* pн + n2* g нн + n2 * g нбн) = 6 * (1,2 *12 +1,05*0,785 + 1,05*0,2987) = 93,23 кН / м.п
3.2 Определение усилий
Максимальная величина изгибающего момента, действующего в середине пролета главной балки:
М н = q н * l 2 * / 8 = 78,5 * 15 2 *1,05/ 8 = 2318,2 кН*м
М = q * l 2 * / 8 =93,23 * 152 *1,05/ 8 = 2753,2 кН*м
Поперечная сила :
Q = q * l * / 2 =93,23*15*1,05 / 2 =734,19 кН
3.3 Компоновка сечения главной балки
Для определения высоты главной балки вычисляется требуемый момент сопротивления
W тр = M / R y =275320 / 24,5=11237,55 см 3
Минимальная высота балки, определенная из условия обеспечения требуемой жесткости :
h min = l * R y * c / (10 5 * f / l ) * М н / М , где f / l =1 / 400 и R y = 24.5 кН / см 2
h min = 1500 * 24.5 * 400 * 461853 / 105 * 231820/275320=123,77 см принимаем h min =124 см.
h opt = 1.15 * W тр / t w
Ориентировочная толщина стенки балки
t w = 7 + 3 * h / 1000 ,где h =(1/10)* l = 15000/10 = 1500 мм
t w = 7 + 3*1500 /1000 =11,5 мм
Принимаем толщину стенки балки 12 мм, t w>8.
Оптимальная высота балки, обеспечивающая ее минимальный вес :
h opt = 1.15 * 11237,55 / 1,2=111,29 см , т.к. h opt h min
При этом высота балки не может быть больше необходимого ограничения габарита :
h стр = H-( t н+ h б.н. ) =(11,2-9,2) -(1+25,8) =173,2 м
0,85* h opt< h min <1,15* h opt
94,6< h min <127,99
h min = h min =124 см.
Принятая толщина стенки проверяется на срез
t w K*Q / (h w * R s* c ) =1.2*734,19/(124*14.21) =0.5 см ,
1,2>0,5 условие выполнено
Определяем условную гибкость стенки :
w = h w / t w* R y / E =124 / 1.2 * 24.5 / 20600 =3,51 5.1 , условие выполнено
Требуемая площадь сечения пояса :
A f тр = W тр / h - t w * h / 6 = 11237,55 / 124 - 1.2 * 124 / 6 = 30,24см2
Обычно ширина пояса принимается равной (1/3 - 1/5) * h.
b f=1/3* h w =1/3*124=41,33 см
b f=1/5* h w =1/5*124=24,8 см
Принимаем b f = 30 см, (b f 180 мм).
Толщина пояса t f = A f / b f = 30,4/30=1,01 см?1,2см ,
учитывая что t f 3 t w
(12мм 36мм)
Рис.4. Составное сечение главной балки
Значит h w = h - 2 * t f =173,2- 2*1,2 =170,8 см
Для обеспечения устойчивости сжатого свеса пояса необходимо, чтобы соблюдалось условие : b ef / t f 0.5 * E / R y
b ef = b f / 1,2=30/2=25 см -это ширина свеса сжатого пояса
25 / 2 0.5 * 20600 / 24.5
12,5 14,5 - устойчивость сжатого свеса пояса обеспечена
3.4 Проверка нормальных напряжений
Определяем геометрические характеристики :
Момент инерции сечения :
J xp = t w * h w 3 / 12 +2* b f * t f * ( h w /2+ t f /2 )2 = 1.2 * 170,8 3 / 12 +2 * 30 * 2 * (170,8 /2 + 2/2 )2 = 1030780,69 см 4
Момент сопротивления :
W x = 2 * J xp / h = 2 *1030780,69 / 173,2=11902,78 см 3
Нормальные напряжения = M / W = 275320 / 11902,78 = 23,13 кН / см 2 < 24.5 кН / см 2
Недонапряжение в балке
(R y * c -) / (R y * c) *100% 5%
(24,5-23,13) / 24,5 *100% =5,59% > 5%
Недонапряжение в балке, не должно превышать 5%,однако из-за дискретности размеров листового проката такая высокая точность подбора не всегда может быть достигнута, и в учебной работе можно считать допустимыми недонапряжения до 10%.
Если не удается добиться такой величины недонапряжения, в некоторых случаях это просто невозможно, главное, чтобы выполнялось условие жесткости
Где =
0,0016<0,0025 условие жесткости выполняется.
3.5 Изменение сечения главной балки по длине
Сечение балки изменяют в целях экономии металла. Рациональное место изменения сечения на расстоянии 1/6 от опор.
X = 1/6*L=15/6=2,5 м
Принимаем место изменения сечения на расстоянии 2.5 м от опоры.
Принимаем ширину пояса в измененном сечении равной минимальной конструктивной
b f 1 1/10*h =173,2/10=17,32 см
b f 1 0.5 * b f = 30/2=15 см
b f 1 180 мм
Принимаем b f 1 = 18см
В месте изменения сечения изгибающий момент и поперечная сила для разрезных балок:
М 1 = q *X*( l-X ) *0.5 =93,23 *2.5*(15-2.5)*0.5=1456,72кНм
Q 1 = q*(l-2*X)*0.5=93,23*( 15-2*2.5) ) * 0.5 =466,15 кН
Требуемый момент сопротивления сечения W тр = М 1 / Rwy
Расчетное сопротивление стыкового сварного шва Rwy = 0.85 * Ry
Rwy = 0.85 * 24.5 = 20.825 кН / см 2
W тр = 145672 / 20.825 = 6995,05 см 3
Требуемая площадь пояса
А f1 = W тр /h - t w * h /6 = 6995,05/173,2 - 1.2*173,2/6 =11,52 см 2
Зная t f =1,2см окончательно назначаем ширину b f 1=18см
Площадь сечения балки
A1 = 2 * b f 1 * t f + h w * t w = 2 * 18 * 1,2 + 170,8 * 1.2 =248,16 см2
Момент инерции измененного сечения
J 1 = t w * h w 3 /12 +2* b f 1 * t f * ( h /2 + t f /2 ) 2 =
=1,2*170,8 3/12+2*18*1,2*(173.2/2-1,2/2) 2= 817775,89 см 4
Момент сопротивления
W 1 = 2 * J 1 / h =2*817775,89 /173,2 =9443,14 см 3
Статический момент пояса относительно нейтральной оси
S f 1 = b f 1 * t f * ( h w /2 + t f /2) =18 *1,2 *(170,8/2+1,2 /2) =1857,6 см 3
Статический момент половины сечения, относительно нейтральной оси
S x 1 = b f 1 * t f * h /2 + h w /2 * t w * h w /4 = А f1 * h /2 + А w /2 * h w /4 =
=18*1,2*173,2/2 +1.2*170,8 /2 *170,8 /4=6370,3 см 2
3.6 Проверка прочности балки в измененном сечении
Нормальные напряжения = M 1 / W 1 Rwy
= 1456,72 / 9443,14 =15,43 кН/ см2 20,825 кН/ см2
Максимальные касательные напряжения в опорном сечении
= Q 1 * S f 1 / (J 1 * t w ) R s* c
=466,15 *1857,6 / (817775,89 * 1.2 ) =0,88 кН/ см2 14.21 кН/ см2
Определяем напряжения в стенке на уровне поясных швов
= M 1 / J 1 * h w /2 =145672 /817775,89 * 170,8 /2=15,21 кН/ см2
= Q / (t w* h w ) = 734,19 / (1.2 *170,8 ) =3,58 кН/ см2
Приведенные напряжения пр = 2 +3 * 2 1,15 * R y* c
пр = 15,21 2 +3 * 3,58 2 =16,42 кН/ см2 28.175 кН/ см2
Максимальные касательные напряжения в опорном сечении
= Q * S x 1 / (J 1 * t w ) R s* c
= 734,19 * 6370,3 / (817775,89 * 1.2 ) =4.77 кН / см 2 14.21 кН / см 2
3.7 Проверка местной устойчивости элементов балки и расчет ребер
Местная устойчивость сжатого свеса пояса считается обеспеченной в том случае, если выполняется условие :
b ef / t f 0.5 * E / R y
b ef / t f = (30 - 1.2) / 1,2 / 2 = 12 14.5 - устойчивость сжатого свеса обеспечена.
Условная гибкость стенки :
w = h w / t w * R y / E = 170,8 / 1.2 * 24,5 / 2.06 x 10 4 = 4,84 > 3.5
необходимо стенку укрепить парными поперечными ребрами и проверить ее устойчивость расчетом в пределах каждого отсека. Расстояние между ребрами a 2 * h w =2*170,8=341,6см , принимаем a =300 см
Размеры ребер :
ширина ребра b h h w / 30 + 40 мм = 1708 / 30 + 40 = 96,9 мм, принимаем ширину ребра равной 100 мм,
толщина ребра t s 2*b h* R y / E = 2 * 100 * 24,5 / 2.06x10 4 =6,8мм. Принимаем толщину ребра 7 мм .
Проверяем устойчивость стенки балки , укрепленной поперечными ребрами жесткости
( / c r ) 2 + ( / c r ) 2 c
= M / W * h w / h = 2753,2 /11237,55*170,8 / 173,2=24,16 кН / см 2
= Q / ( t w* h w) =734,19/ ( 1.2 * 170,8 ) =3,58 кН / см 2
Критические напряжения потери местной устойчивости стенки
нормальные:
cr = C c r * R y / w 2 C c r
определяется по таблице 21 [1] в зависимости от величины , вычисляемой по формуле:
= * b f / h w * ( t f 3 / t w 3 ) =0.8 *30 /170,8*(1,2 /1.2) 3 = 0.14 0.8 , C c r = 30
cr = 30 * 24,5 / 4,84 2 =31,38 кН / см 2
касательные:
c r = 10.3 * ( 1 + 0.76 / 2 ) * R s / ef 2 , где - отношение большей стороны отсека к меньшей, ef - условная гибкость стенки, определенная по меньшей стороне отсека
= 300 / 170,8= 1.76
ef = d / t w * R y / E =170,8/1.2 * 24.5 / 20600 = 4,84
c r = 10.3 * (1 + 0.76 / 1.77 2 ) * 14,21 /4,85 2 = 8,89 кН / см 2
(24,16 /31,38) 2 + (3,58 / 7,78) 2=0,89 1
0,89 1 - устойчивость стенки в пределах проверяемого отсека обеспечена парные поперечные ребра жесткости b s= 100 мм, t s =7 мм ставятся с шагом 3000 мм
3.8 Проверка жесткости
Проверяют жесткость разрезной балки
f / l = M н * l / (10 *E * J 1) f / l , где f / l =1/300 -предельный относительный прогиб
0,00333
3.9 Расчет поясных швов
Сварные поясные швы в балках делают сплошными одной толщины. По конструктивным соображениям минимальный катет поясного шва принимается в зависимости от толщины полки.
Конструктивно минимальная высота катета поясного шва k f = 6 мм.
Поясной шов принятого катета проверяется на прочность
по металлу шва
QS'f /(twI'f)Rffc=734,19*1857,6/1,2*817775,89=1,39 15,3
по металлу границы сплавления
QS'z /(tw I'f ) Rz z c =1,39 16,4
3.10 Конструирование и расчет опорной части балки
Требуемая площадь опорного ребра
A s тр Q / R p ,
где R p - расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности. При R u n = 37 кН / см 2 по табл. 52 [1] найдем R p = 34 кН / см 2 .
A s тр = 734,19 / 34= 21,59 см 2
Принимаем толщину опорного ребра t s = 20 мм
Ширина ребра b s = A s тр / t s =21,59/ 2 = 10,79см ,
b s 180 мм , значит b s =18см
Проверим устойчивость опорного ребра
b s / (2 *t s ) 0,5 * E / R y
18 / (2 *2 ) 0.5 * 20600 / 24,5
4,5 14,5 см
Проверяем устойчивость относительно оси Z :
= Q / ( * A оп ) R y * c
A оп -расчетная площадь опорной части балки
Aоп =t w *0,65*(Е/Ry)+ts*bs=1.2*0,65* (20600/24,5)+2 *28 =58,62 см 2
-коэффициент продольного изгиба , зависит от гибкости.
Гибкость = h / i z = h / J z / A оп
Момент инерции условного сечения
J z = t s * b s 3 / 12 = 2 *18 3 / 12=972 см 4
=173,2/ 972 /58,62 =42.53 , такой гибкости соответствует коэффициент продольного изгиба = 0.815
Нормальные напряжения
=734,19/ (0,815 *42,53) =21,18 24,5 кН / см 2 .
Определим толщину швов прикрепления опорных ребер к стенке
k f Q/ ( n * f * h w * R w f * w f * c ) , где n -число швов
k f = 734,19/ (2 * 0.7 * 170,8 * 18*0.85 * 1 ) = 0.2 см
Минимальный конструктивный шов - 6 мм
6>2
3.11 Расчет и конструирование монтажного стыка
Монтажный стык проектируем посередине пролета балки. Рассмотрим два варианта выполнения монтажного стыка: сварной и на высокопрочных болтах.
При выполнении сварного стыка в середине пролета и невозможности осуществления физических методов контроля шва необходимо выполнить стык верхнего пояса прямым, стык нижнего пояса - косым.
При выполнении стыка на высокопрочных болтах принимается один диаметр болтов для поясов и стенки. Стык выполняется при помощи накладок. Основным является диаметр 24 мм. Изгибающий момент в стыке распределяется между поясами и стенкой пропорционально их жесткости.
Доля изгибающего момента, приходящегося на стенку
М w = М ст * J w / J 1
J w = t w * b w 3 / 12 =1.2*170,8 3 / 12 = 498268,69 см 4
М w =275320 * 498268,69 /817775,89=167751,75 кНсм
Доля изгибающего момента, приходящегося на пояса
М f = М ст - М w = 275320 -167751,75 = 107568,25 кНсм
Усилие в поясных накладках
N н = М f / h =107568,25 /173,2 =621,06 кН
Требуемая площадь накладки нетто
A н = N н / R y c =621,06 /24,5 =25,35 см 2
Необходимое количество высокопрочных болтов с одной стороны стыка
n = N н / (n тр * Q b h * c ) ,
где n тр - количество плоскостей трения ,
Q b h -расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом по одной плоскости трения соединяемых элементов , определяется по формуле :
Q b h = R b h * b * A b n * / h , где
R b h = 0,7 * R bun , R b h = 0,7 * 110 = 77 кН / см 2
b = 1
A b n =3,52 см 2 - площадь сечения нетто для болта диаметром 24 мм
= 0.58 - коэффициент трения , принимаем по табл. 36 * [1]
h = 1,12- коэффициент надежности , принимаем по табл. 36* [1]
Q b h = 77 * 1 * 3,52 *0,58 / 1.12 = 140,36 кН
n =621,06 /140,36 =4,42 -принимаем n =6
Толщина стыковой накладки t н = A n / b н =25,35 /30 =0,84 см
Проверим прочность поясных накладок , ослабленных отверстиями под болты
= N 1 / A н 1 R y
= 410,18 / 25,35 = 16,18 < 24,5 кН / см 2 - прочность стыковых накладок в ослабленном сечении обеспечена
Расстояния между крайними горизонтальными рядами болтов
l макс = h w - (120-180 )мм =173,2-162=1550 мм ,
l макс 3K , где K -расстояние между крайними вертикальными рядами болтов полунакладки ,
l макс 3 * 700 =2100 мм
1550<2100
Количество вертикальных рядов болтов
m = M w * l макс / (k * Q b h * l i2 )
l i2 = 16,2 2 +77,5 2 +155 2 =30293,69 см 2
m =167751,75 *155 / ( 2 *140,36 * 30293,69 ) = 3,06 , принимаем m =4 вертикальных ряда с одной стороны стыка
При совместном действии изгибающего момента и поперечной силы наибольшее усилие
S = (M w * l макс / m / l i2 ) 2 + ( Q / n ) 2 =
(167751,75 * 155 / 4/ 30293,69 ) 2 + ( 734,19 /6) 2 =247,02 кН
Для обеспечения прочности соединения необходимо
S Q b h * n тр
247,02 280.72- несущая способность стыка стенки обеспечена.
4. РАСЧЕТ КОЛОННЫ
Рассчитываем среднюю колонну ряда. Сечение колонны по заданию сквозное составное из двух прокатных ветвей, соединенных безраскосной решеткой на планках.
4.1 Расчет стержня колонны сквозного сечения
N=2 *Q =2 *734.19 =1468,38 кН
Геометрическая длина колонны
l = 11,2+0.6 -1,732 = 10,07 м
l = *l =1 *10,07 =10,07 м
Зададимся гибкостью колонны = 70 , = 0.754
Требуемая площадь сечения ветви:
A тр = N / R y A тр = 1468,38/ (0.754 * 24.5 ) = 79,49 см 2
i х / =1007 /70 =14,39 см
Принимаем ветви из двух швеллеров № 33
i х = 13,1 см , 2 А = 2 *46,5 =93 см 2 , масса 1 м.п 0.365 кН
Рис. 6. Сечение сквозной колонны
Гибкость колонны: x = l / i x =1007 /13,1 =76,87
получаем = 0.707
Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси :
=N/( *A )=1475,73 /( 0,707 *93 ) =22,44 кН / см 2 24,5 кН / см 2
N =1468,38 +(0.365 *10.07)2 =1475,73 кН
у тр = х2 - 12 ,
где 1 - гибкость ветви на участке между планками относительно оси, параллельной свободной, предварительно принимаем равной 40.
у тр = 76,87 2 - 40 2 = 65,64
i тр = l lg / у тр = 1007 /65,64 =15,34 см
Расстояние между осями ветвей
b y = i тр / y , где y = 0.44
b y = 15,34 / 0.44 = 34,86 принимаем b y = 35 см
Толщину планки принимаем равной 10 мм.
Размеры соединительных планок :
ширина планки d пл = 0.5 * b y =0.5 * 35 =17,5 см
длина планки b пл = 35-2*2=31см
Момент инерции составного сечения относительно свободной оси :
J yс = 2 * ( J y + А а 2 ) ,
Где J y = 410 см 4 - момент инерции ветви относительно собственной оси,
А =46,5 см 2 - площадь сечения ветви Z =2.59 см.
а - расстояние между ц.т. ветви и колонны а =35 /2 = 17,5 cм
J yс = 2 * ( 410 + 46,5 * 17,5 2 ) = 29301,25 см 4
Радиус инерции составного сечения
i yс = J yс / A = 29301,25 / ( 2*46,5 ) = 17,75 см
Гибкости: y = l lg / i yc = 1007 / 17,75 = 56,73
lf = y2 - 12 = 56,73 2 - 402 = 40,23 значит y = 0.893
Проверка устойчивости колонны относительно свободной оси :
=N / ( y * A )=141475,73 / ( 0.893 * 93) = 17,76 кН / см 2 24.5 кН / см 2
Устойчивость колонны обеспечена.
4.2 Расчет планок
Условная поперечная сила
Q fic = 7.15 * 10 - 6 *А *Е * * ( 2330 * E / Ry -1)
= мин / мин = x =0,707 = y =0,893
=0,707 / 0,893 =0,792
= / ( * Ry )
= N / A =1475,73 / 93 =15,87 кН / см 2
=15,87 / ( 0,893 *24,5 ) =0,7253
Q fic =7.15 * 10 - 6*9 * 20600 *0,7253* ( 2330 * 24,5 / 20600 -1 ) = 17,6 кН
Изгибающий момент в прикреплении планки
М пл = Q fic * b пл / ( n *2 ) = 17.6 *31 / ( 2 *2 ) = 136,4кН cм
Поперечная сила в прикреплении планки
F пл = Q fic * d пл / n / b =17,6*17,5 / 2 /31 = 4,97кН
Равнодействующее напряжение w р = w2 + w2 R wf wf c
Нормальные напряжения от изгиба шва
w = 6 * М пл / k f / f / d пл 2 = 6 * 136,4 / 0.4 / 0,7 / 17,5 2 = 9,54
Касательные напряжения от среза шва
w = F / k f / f / d пл = 4,97 / 0.4 / 0,7 / 17,5= 1,01 кН / см 2
Равнодействующие напряжения
w р = 9,542 + 1,01 2 = 9,49 15,33 кН / см 2 - прочность сварных швов обеспечена
4.3 Расчет оголовка колонны
Рис. 7. Траверса оголовка сквозной колонны
Ширина опорного ребра оголовка b s = (18 +2*2 -1.2 ) /2 =10,4 см
Требуемая площадь опорных ребер
A s тр = F / R p , где F =2 * Q =2 *734,19 =1468,38 кН
A s тр = 1468,38 / 34 = 43,19 см 2
t s = A / 2 / b s =43,19 / 2*10,4 =2,08=2,1 см
Длина опорного ребра оголовка
l s = F / 2 / t w / R s = 1468,38 / 2 / 1.2 / 14.21 = 43,06 см
Определим высоту катета швов прикрепления ребер к траверсе и траверсы к стенке
k f = F / (4 * l ef * f * R w f * w f * c )
l ef = 43,06 -1 =42,06 см
k f = 1468,38 / ( 4 *42,06 * 0.7 * 15.3 * 1 ) = 0,81 см = 10 мм
Высота траверсы h тр F / ( 4 * t w * R s * c ) = 1468,38/(4*1,2*14,21)=21,53=22 см
Толщина траверсы t s F / ( 4 * h тр * R s * c ) =1468,38/(4*22*14,21)=1,17=1,2 см
Ширина ребра 2 b s + t тр = 2*10,4+1,2=22см
Толщина ребра 2 b s 24.5 / 2.06 x 10 4 = 2*104 24.5 / 2.06 x 10 4 =7,07 принимаем толщину ребра равной 8 мм.
4.4 Расчет базы колонны
Базу колонны проектируем с траверсами для шарнирного закрепления колонны в плоскости поперечной рамы и шарнирного - в другой плоскости.
Требуемая площадь опорной плиты базы определяется по формуле :
А тр = N / R см б , где R см б = * R пр ,
=1,2 R пр =4,5 МПа для бетона B 7,5
R см б = 1.2 * 4,5 = 0.54 кН / см 2
А тр = 1475,73 / 0.54 = 2732,83 см 2
B =2*C+2 *t m +b =2 *8 +2 *1,6 +33=52,2см, B =54 см
L=А тр/B =2732,83/54 =52,09 см, L =54 см
A = B * L = 2916 см 2
ф= N / A = 1475,73 / 2916 = 0.51 кН / см 2
Рис. 8. База колонны
Изгибающий момент на консольном участке : M 1 = ф * С 2 / 2 =20,2 кН см
Изгибающий момент на участке, опертом по трем сторонам :( a/b 0.5 )
M 2 = ф * a 2 / 2 =0.5 1* 6,91 2 / 2 = 12,18 кН см,
где a - длина кор.ст.отсека, а / b = 6,91/33 = 0,21
Изгибающий момент на участке, опертом по четырем сторонам М 3 = * ф* b 1 2 ,
Для выравнивания величин моментов, вводится дополнительное ребро, b 1 = 40,18 / 2 -2*2,59= 14,91см - длина короткой стороны отсека
а 1 = 33 см а 1 / b 1 = 2,21>2, значит =0,125
М 3 = 0.125*0,51 * 14,91 2 = 14,17 кН см
Толщина опорной плиты t оп = (6 * М / R y) . Для стали С 245 толщиной 20 - 40 мм
R y = 24.5 кН / см 2
t оп = (6 * 20,2 / 24,5) = 2,2 см . Принимаем 28 мм.
Высота траверсы h тр q тр* L / ( n * f * k f * R w f * w f * c )
q тр = ф * B / 2 =0,51 * 54 / 2 =13,77 кН / см
h тр 13,77*54 / ( 4 * 0,7 * 1 * 15,3) =17,36 см принимаем 20 см
Проверяем нормальные напряжения в пролете
= M тр / W тр R y * c
M тр = q тр * h 2 / 8 - q тр * a 2 / 2 = 13,77 * 33 2 / 8 - 13,77* 6,91 2 / 2 = 1545,69 кН см
W тр = t тр * h тр2 /6 = 1,6 * 20 2 /6 = 106,67 см 3
=1545,69 / 106,67 =14,49 кН / см 2 24,5 кН / см 2
Толщина швов , прикрепляющих траверсы и ребра к опорной плите k f = 0.6 см
Список используемых источников
1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования- М.:Стройиздат,1990.
2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.-М.:1988.
3. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов, под ред. Белении Е.И.-М.:Стройиздат,1986.
4. Николаенко Е.А. Методические указания для студентов специальности 290300 «Промышленное и гражданское строительство» всех видов обучения и 550100 направления «Строительство» дисциплины «Металлические конструкции» по курсовому проекту на тему: «Расчет и конструирование балочной площадки». Раздел «Расчет сборного неразрезного ригеля». Улан-Удэ, 2001.
5. Николаенко Е.А. Журнал оформления чертежей рабочей площадки к курсовой работе по дисциплине «Металлические конструкции» для студентов специальности 290300 «Промышленное и гражданское строительство» и направления 550100 «Строительство» всех видов обучения. Улан-Удэ, 2001.
6. Мандриков А.П. Примеры расчёта металлических конструкций. - М. : Стройиздат, 1991 г.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Компоновка рабочей площадки. Подбор сечения второстепенных и вспомогательных балок. Компоновка и подбор сечения главной балки. Проверка местной устойчивости элементов балки и расчет поясных швов. Расчет и конструирование центрально-сжатых колонн.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 21.09.2013Выбор схемы балочной клетки и подбор сечения балок настила и вспомогательных балок. Расчет и конструирование главной балки. Примыкание вспомогательных балок к главной. Уточнение собственного веса главной балки. Проверка местной устойчивости стенки.
курсовая работа [6,4 M], добавлен 14.06.2011Понятие балочной клетки - системы несущих балок с уложенным по ним настилом. Основные виды балочных клеток, особенности их компоновки. Расчет балок настила и главной балки. Проверка подобранного сечения главной балки. Расчет колонны сквозного сечения.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 03.04.2014Компоновка конструктивной схемы рабочей площадки (балочной клетки), прокатной балки настила, главной составной балки и стойки. Назначение размеров составной балки, изменение ее сечения по длине. Проверка местной устойчивости стенки. Расчет поясных швов.
курсовая работа [846,8 K], добавлен 06.09.2014Расчет и конструирование основных конструкций балочной площадки. Компоновка и выбор схемы клетки. Расчет балок настила и вспомогательных конструкций. Специфика проектирования устойчивости главной балки. Расчетные нагрузки и усилия. Подбор сечения поясов.
дипломная работа [679,6 K], добавлен 12.11.2014Проектирование конструкций балочного перекрытия, выбор системы несущих балок. Характеристика варианта балочной клетки. Сбор нагрузок, расчет балки настила. Узлы главной балки. Расчет колонн сплошного и сквозного сечения. Расчет базы колонны и ее оголовка.
курсовая работа [569,6 K], добавлен 16.12.2014Конструктивная схема балочной клетки. Основные положения по расчету конструкций. Составление вариантов балочной клетки. Порядок расчета балок настила, вспомогательных балок. Компоновка и подбор сечения балки и ее проверка. Конструкция и расчет колонны.
курсовая работа [916,0 K], добавлен 11.10.2008Компоновка 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 06.05.2012Расчет 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 08.01.2016Расчет стального настила. Компоновка балочной клетки и выбор варианта для детальной разработки. Подбор сечения главной балки, изменение ее сечения по длине. Проверка общей устойчивости балки. Конструирование и расчет планок, базы и оголовка колонны.
курсовая работа [410,6 K], добавлен 28.04.2011
