Курсовая работа - Проектирование балочной клетки - файл n1.doc

Курсовая работа - Проектирование балочной клетки
скачать (2325.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2326kb.07.07.2012 03:08скачать
Победи орков

Доступно в Google Play

n1.doc





1 Исходные данные.

Требуется запроектировать балочную клетку нормального типа с размерами в плане 36Ч24 м под временную полезную нагрузку Pн = 27.4 кН/м2.




Сетка колонн 12Ч8 м. Тип настила – железобетонный. Отметка уровня пола – 9,1 м. Второстепенные балки приняты из прокатных двутавров, главные балки – сварные составного двутаврового сечения. Сопряжение балок выполняется в одном уровне. Колонны запроектированы сквозными на планках из прокатных двутавров.

Второстепенные балки располагаем таким образом, чтобы середина пролета главной балки оказалась свободной от опирания второстепенных балок для конструирования монтажного стыка. Толщина железобетонного настила tн=120мм, при шаге второстепенных балок (равному пролету настила) lн=2000мм, что кратно пролету главной балки.
2 Расчет второстепенной балки.
Второстепенные балки располагаем таким образом, чтобы середина пролета главной балки оказалась свободной от опирания второстепенных балок для конструирования монтажного стыка. По второстепенным балкам примем железобетонный настил tн=120мм и lн=2000мм.

Нормативную погонную нагрузку на балку определяем по формуле:

.


Расчетную погонную нагрузку находим по формуле:.

Расчетные значения:

Под статическую нагрузку для второстепенной балки, не имеющей сварных соединений, примем сталь марки С245, для которой Ry=240 МПа.

Требуемый момент сопротивления определяем по формуле

,

По таблице выбираем двутавр с меньшим отклонением момента сопротивления от WтрI 55Б2: Wх=2295,8 см3; А=124,75см2; m=97,9 кг/м; Jx=69790см4.

Проверка принятого сечения на прочность с учетом собственного веса

;

;

;

.

Недонапряжение составляет:



Прочность балки обеспечена.
Нормативная погонная нагрузка на балку с учетом собственного веса

.

Проверку жесткости балки выполняем по формуле

.

Жесткость балки достаточна.

Окончательно принимаем I 55Б2 для второстепенных балок.

3 Расчет и конструирование главной балки.

3.1 Определение нагрузок и расчетных усилий.

Интенсивность расчетной погонной нагрузки находим по формуле:

.

Интенсивность нормативной погонной нагрузки находим по формуле:

.

Расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы в балке определяем по формулам: ;

.
3.2 Подбор и проверка сечения.

Для главной балки примем сталь марки С245, для которой Ry = 230 МПа при t=20мм.

Требуемый момент сечения балки:



Минимальная высота сечения балки из условия жесткости при предельном относительном прогибе по формуле:



Ориентировочная толщина стенки определяется по формуле:



Принимаем

Оптимальная высота сечения по формуле:



Принимаем h = 160см > hmin = 94см.

Предварительно принимаем толщину пояса tf =20мм и найдем толщину стенки из условия среза на опоре по формуле при и



Условие не соблюдается.

Принимаем

Оптимальная высота сечения по формуле:



Принимаем h = 150см > hmin = 94см.

Предварительно принимаем толщину пояса tf =20мм и найдем толщину стенки из условия среза на опоре по формуле при и



Предварительно принятая толщина стенки по условиям среза достаточна. Проверим условие обеспечения местной устойчивости стенки при отсутствии продольного ребра жесткости:



Это условие соблюдается.

Требуемый момент инерции сечения балки:



Момент инерции стенки балки:



Требуемая площадь сечения пояса:



Ширина пояса:



Значение b должно лежать в пределах, поэтому следует увеличить толщину пояса tf

Принимаем толщину пояса tf =25мм и найдем толщину стенки из условия среза на опоре по формуле при и



Предварительно принятая толщина стенки по условиям среза достаточна. Проверим условие обеспечения местной устойчивости стенки при отсутствии продольного ребра жесткости:



Это условие соблюдается.

Требуемый момент инерции сечения балки:



Момент инерции стенки балки:



Требуемая площадь сечения пояса:



Ширина пояса:



Значение b должно лежать в пределах, поэтому следует увеличить толщину пояса tf


Примем толщину пояса tf =28мм и найдем толщину стенки из условия среза на опоре по формуле при и



Предварительно принятая толщина стенки по условиям среза достаточна. Проверим условие обеспечения местной устойчивости стенки при отсутствии продольного ребра жесткости:



Это условие соблюдается.

Требуемый момент инерции сечения балки:



Момент инерции стенки балки:



Требуемая площадь сечения пояса:



Ширина пояса:




Значение b должно лежать в пределах, что соответствует требованиям. Ширину пояса можно принять равной 480 мм, что будет отвечать конструктивным требованиям.


Проверим условие обеспечения местной устойчивости для принятого сечения пояса:



Условие выполняется.

Проверим принятое сечение на прочность по нормальным напряжениям.

Вычислим момент сопротивления сечения пояса и проверим его на прочность:



Недонапряжение составляет:


3.3 Изменение сечения главной балки по ее длине.

Намечаем место изменения сечения поясов балок на расстоянии 2,0 м от опор, что соответствует .

Расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы в намечаемом сечении:



Расчетное сопротивление стыкового шва на растяжение при обычных методах контроля:



Требуемый момент сопротивления в месте изменения сечения балки:



Требуемый момент инерции сечения балки:



Требуемая площадь измененного сечения:



Ширина пояса:



Принимаем b1=250мм и проверяем конструктивные требования:



Все требования удовлетворяются.

Проверяем приведенные напряжения в стенке балки на уровне поясных швов на границе изменения сечения.

Момент сопротивления измененного сечения балки (здесь пренебрегаем собственным моментом инерции полок сечения ввиду их малой величины):



Нормальные напряжения:



Касательные напряжения:



Тогда



Условие прочности удовлетворяется.

Проверим сечение главной балки на опоре по максимальным касательным напряжениям по формуле.

Статический момент половины сечения относительно нейтральной оси:



Момент инерции измененного сечения балки:



Прочность опорного сечения балки по касательным напряжениям обеспечена.
3.4 Расчет поясных швов.

Для образования поясных швов применяем автоматическую сварку под флюсом сварочной проволокой Св-08А диаметром 2 мм (Rwf=180МПа), что соответствует марке стали С245.Принимая положение шва «в лодочку» и катет шва Кf =3-12 мм, выбираем коэффициенты
Расчетное сопротивление углового шва по металлу границы сплавления будет:

.

Так как



расчет поясных швов следует вести по металлу шва. Требуемый катет шва:

,

Q=1792 кН,

J1=1109650,4 см4.



Максимальный катет шва:



Окончательно принимаем , т.к.
3.5 Проверка общей устойчивости балки и местной устойчивости стенки.

Общая устойчивость балки будет обеспечена при соблюдении условия.

Отношение . Следовательно, в формуле следует принять.

Расчетная длина главной балки .

Отношение - левая часть формулы. Правая часть формулы:



Таким образом, 8<14 – условие соблюдается, т.е. общая устойчивость главной балки обеспечена.

Условная гибкость стенки:



Требуется укрепить стенку поперечными ребрами жесткости, которые располагаем под второстепенными балками, т.е. с шагом, а=2,0 м.

При

Условие соблюдается.

Ширина ребра жесткости: Примем

Толщина ребра жесткости:

Конструируем поперечные ребра сечением 90*7 мм. Проверим местную устойчивость стенки, где расположено место изменения пояса балки.

Изгибающий момент и поперечная сила в сечении 2-2:





Нормальное напряжение в расчетном сечении на уровне поясных швов:



W1=Wx=14795,3см3.

Средние касательные напряжения в расчетном сечении:


Нормальные критические напряжения по формуле:



Для определения ссг вычислим

При

Критические касательные напряжения по формуле

где

(d – меньшая из сторон отсека)
В нашем случае d= hef =144,4см < а=200см;





Проверку стенки на местную устойчивость выполним по формуле:



Устойчивость стенки на данном участке обеспечена.
3.6 Конструирование и расчет опорного ребра жесткости.
Принимаем конструкцию опорного ребра жесткости по рис.7. Находим требуемую площадь сечения ребра по формуле:



Q – поперечная сила на опоре главной балки.

.

Run – временное сопротивление стали; для стали 09Г2 Run=440МПа.

- коэффициент надежности по материалу;





Площадь сечения опорного ребра:



Принимая ширину опорного ребра равной ширине пояса на опоре, т.е. , толщина ребра:



Принимаем

Проверим условие местной устойчивости опорного ребра по формуле. Ширина выступающей части опорного ребра:



Ширину полосы стенки балки c, включаемую в расчетное сечение опорного ребра на устойчивость, определяем по формуле:



Расчетная площадь сечения опорного ребра на устойчивость:



Момент инерции сечения опорного ребра относительно оси y-y:


Радиус инерции сечения опорного ребра относительно оси y-y:



Гибкость опорного ребра:



Условная гибкость опорного ребра:



Условие выполняется:



Проверяем опорное ребро жесткости на устойчивость по формуле:



где Q=1792кН; ;As=88,08см2; , т.е.



Условие выполняется.

Устойчивость опорного ребра обеспечена.
Принимаем сварные швы, прикрепляющие опорные ребра к торцу стенки балки, выполняемые полуавтоматической сваркой в углекислом газе (по ГОСТ 8050-85) сварочной проволокой марки Св-08Г2С. Расчетное сопротивление углового шва по металлу шва Rwf = 215МПа, по металлу границы сплавления . Для полуавтоматической сварки проволокой диаметром 1,4 – 2,0 мм вертикальных швов при Кf=3-8 мм, . Т.к.

,

то расчет сварных швов необходимо вести по металлу границы сплавления.

Требуемый катет шва по формуле:



Принимаем Кf = 8 мм.

Опорное ребро жесткости привариваем к стенке по всей высоте двумя сплошными угловыми швами.
3.7 Расчет монтажного сварного стыка
Все элементы стыка балки сваривают стыковыми швами, не выведенными за пределы стыкуемых элементов, предусматривая обычные методы контроля.

Проверим на прочность прямой стыковой шов в нижнем поясе балки.

Усилие, приходящееся на пояс, определяем по формуле:



M=5375,8 кНм,



J=1807354,8см4,



Расчетное сопротивление стыкового шва растяжению при обычных методах контроля:



Проверим напряжение в прямом стыковом шве нижнего пояса:


Следовательно, прочность прямого стыкового шва недостаточна, и необходимо принять косой сварной шов в нижнем поясе балки, который является равнопрочным с основным металлом.


3.8 Расчет узла сопряжения второстепенной балки с главной

Для соединения используем болты класса точности «В» и класса прочности 5.8, диаметром

Необходимые данные для расчета болтового соединения:

Количество болтов определяем по несущей способности болта на срез, т.е. по Nbs=56,5кН:





Принимаем 7 болтов.

Расстояния между центрами отверстий, от центра отверстия до краев элемента находятся в допустимых пределах – больше минимума и меньше максимума.


4 Расчет и конструирование элементов центрально сжатой сквозной колонны.
4.1 Подбор сечения стержня колонны

Согласно исходным данным стержень колонны проектируется из двух прокатных двутавров с параллельными гранями полок на планках.
Расчетная длина колонны:




Расчетное усилие на колонну:



Выбираем марку стали для колонны как для конструкции третьей группы – С 245 (Ry = 230 МПа при t= 20 - 30мм).
4.1.1 Расчет стержня колонны относительно оси x-x.

Задаемся гибкостью при Ry=230 МПа

Требуемая площадь сечения двух двутавров по формуле:

Требуемый радиус инерции:



По и принимаем I 45Б2 (A1 = 96,76 см2;

ix = 18,59см).

Проверим принятый двутавр на устойчивость.

Гибкость:

;

Коэффициент продольного изгиба по и

Ry = 230 МПа .

Тогда

,

Имеем недонапряжение:

.

принимаем I 45Б1 (A1 = 84,3 см2;

ix = 18,45см).

Проверим принятый двутавр на устойчивость.

Гибкость:

;

Коэффициент продольного изгиба по и

Ry = 230 МПа .

Тогда

,

Имеем перенапряжение, окончательно принимаем I 45Б2 (A1 = 96,76 см2; ix = 18,59см; Jy = 1871,3см4; iy = 4,4см).




4.1.2 Расчет стержня колонны относительно оси y-y.

Принимая и задаваясь гибкостью ветви , из формулы получаем:



С другой стороны,

или

Где A1=96,76 см2; J1= Jy =1871,3см4.

Отсюда

Принимаем

Проверяем зазор между полками ветвей:


4.2 Конструирование и расчет элементов решетки.

Согласно исходным данным требуется запроектировать решетку колонны на планках.

Определяем условную поперечную силу по формуле. При и Ry=230МПа . Тогда



На одну систему планок приходится:



Высоту сечения планок назначаем: и толщину
Расстояние между осями планок по высоте колонны:



Находим усилия F и M1 по формулам:





Принимаем сварные швы, выполняемые полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой, диаметром 1,4 - 2 мм марки Св-08Г2С; катет шва Кf =8мм < tпл. Тогда,

Расчетное сопротивление углового шва по металлу шва Rwf = 215МПа, по металлу границы сплавления . Т.к. ,

то расчет сварных швов необходимо вести по металлу шва.

Проверим сварные швы, прикрепляющие планки к ветвям колонны, по формулам:







Проверим условие. Для этого вычислим следующие величины:



Увеличим ширину планки до 300 мм, т.е. Тогда изменится расстояние между осями планок и величина .



возрастут усилия в сварных швах:



Изменятся напряжения:



В итоге напряжения в сварных швах снизились за счет увеличения их длины.





Увеличим ширину планки до 340 мм, т.е. Тогда изменится расстояние между осями планок и величина .



возрастут усилия в сварных швах:



Изменятся напряжения:



В итоге напряжения в сварных швах снизились за счет увеличения их длины.





Условие выполнено, окончательно принимаем ширину планки 340 мм, т.е.

4.3 Конструирование и расчет базы колонны.

Класс бетона по прочности на сжатие В 15, что соответствует расчетному сопротивлению бетона на осевое сжатие Rпр =8,5МПа.

Расчетное сопротивление бетона смятию:



Требуемая площадь плиты в плане:



Ширину плиты «В» назначаем конструктивно, принимая толщину траверс по10 мм, консольный вес плиты С=40 мм, а1=h=450мм, т.е.



Тогда длина плиты будет:



Полная ширина сечения колонны:



Полученная длина плиты недостаточна, поэтому увеличим длину плиты и примем Фактическая площадь плиты 55,0Ч 63,0=3465см2,что больше требуемой, равной 3243,43см2.
Фактическое давление фундамента на плиту:



Согласно принятой конструкции плита имеет 3 участка для определения изгибающих моментов.
Участок 1 - опирание плиты на 4 канта.

Отношение большей стороны плиты к меньшей 450/401 = 1,122, ? = 0,05676.

Изгибающий момент:



Участок - 2.

Отношение 110,5/450=0,25<0,5плиту на этом участке рассматриваем, как консоль.

Изгибающий момент:



Участок - 3: консольный.

Изгибающий момент:



Наибольшее значение получилось на участке 1

Определяем толщину плиты по формуле:

,

(при t=20…30мм для стали марки С245)



При этом следует ввести диафрагму толщиной 10мм на участке1, чтобы уменьшить требуемую толщину плиты.

Тогда отношение большей стороны плиты к меньшей 401/200=2,005, ? = 0,125

<

При этом

Принимаем окончательно толщину плиты

Сварные швы, прикрепляющие траверсы к колонне, используем такие же, как и для соединения планок, т.е. Кf = 8мм; Rwf = 215МПа.

Принимаем .

Проведем расчет сварных швов, Прикрепляющих траверсы к плите базы. Назначим полуавтоматическую сварку проволокой диаметром 1,4 - 2,0мм, для которой при Кf = 9 - 12 мм, , Rwf = 215МПа.

При расчет выполним по металлу границы сплавления.

В расчетную длину сварных швов включаются длина швов, прикрепляющих траверсы с одной стороны:



Требуемый катет шва:



Принимаем
4.4 Конструирование и расчет оголовка колонны.

Сварные швы для оголовка выполняются полуавтоматической сваркой так же, как и для базы колонны, т.е. , Rwf = 215.

Назначаем катет шва:



Высота опорного ребра оголовка:



Принимаем hp =630 мм.

Толщину ребра находим из условия смятия торца по формуле:

;

где lcм = b1+ 2tпл; b1 – ширина опорного ребра главной балки, b1=250мм.

Назначим


Расчетное сопротивление торца смятию:

;

,



Следовательно

Принимаем

Полученная толщина ребра более чем в 4 раза превосходит толщину стенки двутавра, что не рекомендуется при наложении сварных угловых швов.

В пределах оголовка колонны выполнить стенку можно более толстой.

Определим требуемую толщину стенки из условия среза в месте примыкания к ней опорного ребра:



где , т.е.

Принимаем .

Проверим опорное ребро на срез:



Сечение горизонтального ребра принимают конструктивно - 200Ч10 мм.

Следует предусмотреть фрезерование верхнего торца колонны. В этом случае сварные швы, соединяющие верхнюю плиту с опорным ребром и с торцами ветвей колонны, принимаются конструктивно. Kf = 6мм.


Определение расстояний между планками.
Длина участка колонны для размещения планок


Расстояние между планками в свету



Расстояние от плиты оголовка до оси первой планки (то же от верха траверсы до оси соседней планки)


Принимая это расстояние и расстояние между осями смежных планок, можно найти требуемое число планок:



Принимаем

Тогда расстояние между планками в свету изменится

применим
Расход металла на 1м2 пола балочной клетки.
Второстепенная балка Б1:

G1=781 кг; .

Главная балка Б2:

G2= ;.

Колонна К1:

G3=1037кг;
5. Библиографический список использованных источников
1. Металлические конструкции под ред. Кудишин- М.: Стройиздат, 1985. - 560 с.

2. СНиП П-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1999.-96с.

3. Пантелеев М.М., Хорева МЛ. Конструктивные решения узлов балочных площадок промзданий (Альбом чертежей). - Тула: ТулПИ, 1982. -22 с.

4. Проектирование элементов балочной клетки: Учеб. пособие / Г.А. Нехаев. – Тула: Изд-во ТулГУ, 20005. – 76 с.

5. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования.-М.: Стройиздат, 1986.-35с

6. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции М., Стройиздат, 1985, 1991.

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации