Курсовой проект - Балочная клетка рабочей площадки №1 - файл n3.doc

приобрести
Курсовой проект - Балочная клетка рабочей площадки №1
скачать (951.5 kb.)
Доступные файлы (4):
n2.dwg
n3.doc816kb.27.01.2005 15:20скачать
n4.bak
n5.dwg

n3.doc



Министерство образования Российской Федерации

ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет – УПИ



Кафедра строительных конструкций

Балочная клетка рабочей площадки.

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


Д.С.290300.483.07.КП.04-ПЗ.

Руководитель Чебыкин А.А.

Студент Занегин А.А.

гр. С-483

Екатеринбург 2004

Содержание.


  1. Компоновка балочной клетки………...………………………….....3

  2. Расчет и конструирование балки настила………………………….4

  3. Расчет и конструирование главной балки ………………………....7

  4. Опорный узел главной балки……………………………………...14

  5. Монтажный узел……………………………………………………..15

  6. Узел сопряжения главной балки и балки настила………………...17

  7. Расчет и конструирование колонны сплошного сечения………...18

  8. Расчет и конструирование колонны сквозного сечения……..…...23

  9. Расчет базы колонны……………………………………………..…26

  10. Расчет узла примыкания главной балки к колонне…………….…29

11.Расчет сварных поясных швов главной балки…………………….31
Компоновка балочной клетки.
Балочная клетка нормального типа.

Шаг балок настила принимаем 0,65 м. (а = 0,65 м)



Расчет и конструирование балки настила.
Статический расчет.
Расчетная схема:




Вид нагрузки

Норм. нагрузка, кН/м2

1) Вес пола:

- кирпич на ребро

?к=20 кН/м3, h=0.12 м

- песчаная подсыпка

?п=17 кН/м3, h=0.03 м


2.4 кН/м2
0.51 кН/м2

2) Вес настила

?н=78.5 кН/м3, tпаст.=0.014 м


1,09 кН/м2




?qн =4,0 кН/м2


qн=(?qн+Р)=(4+24)*0,65=18,2 кН/м

q=(?qн*?f1+Р*?f2)*а=(4*1,1+24*1,2)*0,65=21,58 кН/м
?qн – нагрузка приходящаяся на 1 м2,

qн – нормативная погонная нагрузка,

q - расчетная погонная нагрузка,

Р – полезная нагрузка,

?f1 – коэффициент надежности по нагрузке для постоянной нагрузки,

?f2 – коэффициент надежности по нагрузке для временной нагрузки.

Определение расчетных усилий.
84,05 кН*м,

61,13 кН.

Ммах – максимальный изгибающий момент,

Qмах – максимальная поперечная сила,

– коэффициент учитывающий собственный вес конструкции.
Конструктивный расчет.



?с=1,1

Ry определяем по СНиП для стали С-245

Ry=240 МПа

318,4 см3

Принимаем двутавр № 30Б1 с Wx=424 см3, А=41,5см2, Jx=6320см4, tw=5.8см, Sx=268см2.
Проверяем подобранное сечение.
По Iгр. ПС.

а) По максимальным нормальным напряжениям



84,05*103/424=198,2 МПа < 240*1,1=264 МПа

Недонапряжение: (264-198)*100%/264=25%

б) По максимальным касательным напряжениям



Rs=0.58 Ry=0.58*240=139.2 МПа

61,13*103*268*10-6/6320*10-8*5,8*10-2=44,7МПаs*?с =139,2*1,1=153,12 МПа.

По IIгр. ПС.

а) Проверка прогиба





0,00297<1/250=0,004

?мах - Максимальное нормальное напряжение,

Wх – Момент сопротивления,

Ry – Расчетное сопротивление по пределу текучести,

?с – Коэффициент условий работы,

?мах - Максимальное касательное напряжение,

Sx – Статический момент полусечения,

Ix – Момент инерций,

tw – толщина стенки,

Rs – Расчетное сопротивление стали на срез,

f/l – Прогиб.
Расчет и конструирование главной балки.
Составление расчетной схемы.

Т.к. на балку действует более 5 сосредоточенных сил, то нагрузку на главную балку считаем равномерно распределенной.
Определение нагрузок действующих на балку.
Определение погонной нагрузки

qн=(?qн+Р)*В+mгб кН/м

В=l=5,5 м

mгб=5 кН/м

qн = (4+24)*5,5+5=159 кН/м

q=(?qн*?f1+Р*?f2)*В+ mгб* ?f3 кН/м

?f3=1,05

q = (4*1,1+24*1,2)*5,5+5*1,05 = 187,85 кН/м

Определение максимальных усилий в балке

Максимальный расчетный изгибающий момент





Максимальный нормативный изгибающий момент





Максимальная поперечная сила


Конструктивный расчет.


Определение высоты балки
Высота главной балки определяется исходя из двух условий:

а) По условию экономичности.

Оптимальная высота балки (hopt) – это такая высота балки, при которой масса балки минимальна.



k = 1,13 – конструктивный коэффициент для сварных балок



?с=1

Принимаем h = (1/8 – 1/10)L = 1/10 * 13 = 1,3 м

tw = 7+3h = 7+3*1,3 ? 11 мм



б) По условию жесткости.

Минимальная высота балки (hmin) – это такая высота, при которой прогиб балки максимально-возможный, т.е. равный допустимому





hminopt

Принимаем высоту балки h = 1050 мм.

Уточняем толщину стенки:

tw=7+3h=7+3*1,05=10,15 мм.

Принимаем tw=14 мм

Проверим толщину стенки из условия прочности ее на срез.



Rs = 0,58Ry – расчетное сопротивление срезу



Принятая tw = 14 мм удовлетворяет условию прочности на срез.
Компоновка поясов балки

По конструктивным требованиям принимаем:

tf=25 мм.

hw=h-2*tf=1050-2*25=1000 мм.

hf=h- tf=1050-25=1025 мм.

Ix = I2f + Iw, где

Iх – момент инерции сечения балки

I2f - момент инерции поясов

Iw - момент инерции стенки



I2f = 867998,3-116666,7 = 751331,6 cм4

см

Согласуем с сортаментом и принимаем bf=600 мм.

Конструктивные требования

1) - технологическое требование



2) bf  180 мм – монтажное требование

bf = 600 мм > 180 мм

Определение фактических геометрических характеристик.









Изменение сечения балки по длине
x = 1/6 L= 1/6*13 = 2,17 м

Определение Мх и Qх в местах изменения сечения







Определение W’х,тр – требуемого момента сопротивления уменьшенного сечения









Согласуя с сортаментом принимаем b’f = 340 мм

Конструктивные требования




b’f = 340 мм > 180 мм

Фактические геометрические характеристики













S’xполки – статический момент уменьшенной полки,

S’xполусеч – статический момент уменьшенного полусечения.
Проверка подобранных сечений главной балки

По Iгр. ПС.
1) Проверка прочности сечения по нормальным напряжениям.



Недонапряжение: (240-230,26)*100%/240=4,06% < 10%
2) Проверка прочности сечения по касательным напряжениям


3) Проверка приведенных напряжений

loc = 0, следовательно ef определяется в месте изменения сечения балки

, где

1- нормальное напряжение в стенке на уровне поясного шва.

1 – касательное напряжение в стенке на уровне поясного шва.






4) Проверка общей устойчивости балки

Общая устойчивость балки обеспечена, так как верхний пояс развязан настилом.
5) Проверка местной устойчивости элементов главной балки
а) Проверка местной устойчивости полки




bef – ширина свеса полки







11,72 < 14,8 – местная устойчивость полки обеспечена
б) Проверка местной устойчивости стенки

Устойчивость стенки от действия только касательных напряжений







 устойчивость обеспечена.
Устойчивость стенки от действия только нормальных напряжений

 устойчивость обеспечена.
Устойчивость стенки от совместного действия только нормальных и касательных напряжений

 устойчивость обеспечена.
Местная устойчивость стенки обеспечена
По IIгр. ПС.
Проверка по прогибу не выполняется, так как hmin определяли по предельно возможному прогибу.

Узлы главной балки

Узел 1: опорный узел главной балки


  1. Расчет опорного ребра на смятие

bоп.р.= bf’=34 см – ширина опорного ребра

N = 1221,03 кН

Условие прочности на смятие опорного ребра:



Rp = Ru = 336 МПа = 33,6 кН/см2



По сортаменту принимаю tоп.р. = 16 мм



  1. Расчет прочности сварных швов

, где

Rwf – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва

wf – коэффициент условий работы шва

с – коэффициент условий работы конструкции

lw – расчетная длина шва

f – коэффициент, принимаемый при сварке элементов из стали с пределом текучести до 580 МПа по табл. 34 СНиПа II-23-81*
Принимаю полуавтоматическую сварку, сварочный материал Э-42, Rwf = 180 МПа.

Определяю менее прочное сечение шва

Rwf*f = 180*0,7 = 126 МПа

Расчет угловых швов веду по металлу шва.
Принимаю lw = 85kff





Принимаю kf = 10 мм
Узел 2: Монтажный узел

Монтажный узел главной балки должен быть решен на высокопрочных болтах, одинаковых для полок и стенки.



Принимаем:

dб = 24 мм – диаметр ВП болтов.

Марка стали: 40Х «селект»

Способ обработки поверхности – дробеструйный 2-х поверхностей без консервации
Определяем несущую способность соединения, стянутого одним ВП болтом:



Rbun = 1100 H/мм2

 = 0,58

n = 1,12

Аbn = 3,52 см2

b = 1,0 , (при n  10)











Определим количество болтов в полустыке:



Принимаю 12 болтов.

Проверка ослабленного сечения:

А=bf*tf=34*2.5=85 см2 –площадь поперечного сечения полки без учета ослабления

Аn=( bf-к*dотв) tf=(34-6*2,7)2,5=44,5 см2<0,85А, тогда






hmax = 100 – 2*10 = 80 см



Принимаю k=6 – количество болтов в 1-ом вертикальном ряду при 2-х рядном расположении болтов в полустыке.

Узел 3: узел сопряжения главной балки и балки настила

  1. Назначаю диаметр болтов 20 мм, класс прочности 4.8





  1. Определяю несущую способность одного болта:

    1. по срезу:



    1. по смятию:



  1. Определяю количество болтов в полустыке:



Принимаю 2 болта.

  1. Проверка прочности стенки балки от действия поперечной силы:




ά=а/(а- dотв )=60/(60-24)=1.67



Расчет колонн сплошного сечения

  1. Составление расчетной схемы




Нк – геометрическая длина колонны

hзад. – глубина заделки колонны

Н – высота колонны

Нк = Н + hзад.. = 12+0,25 = 12,25см

Определение расчетных длин:

lx = ly = l*;  = 0,7 lx = ly = *( Нк- hгб.)=0,7(12,25-1,05)=7,84м



  1. Определение нагрузки, действующей на колонну

Вдоль оси колонны действует продольное усилие N:

N=F=2*Rгб.+mk* Нк*f*n
N=2*1221.03+1*12.25*1*1.05=2454.92 кН
3.Предварительный подбор и компоновка сечения
Условие устойчивости:



с = 1

 = (0,70,9) – коэффициент продольного изгиба, принимаем = 0,754 при =70



В оптимальном сечении:

А2f  0,8Атр = 0,8*123,33=98,66 см2

Аw  0,2Атр = 0,2*123,33=24,67 см2

гибкость колонны относительно оси Х-Х

гибкость колонны относительно оси Y-Y

ix = xh; iy = yb

x,y – коэффициент пропорциональности между радиусами инерции и соответствующими геометрическими размерами.
Для сварного двутавра:




x, = 0,42;

y =0,24




Для равноустойчивой колонны: х = у = 70 (  = 0,754 и Ry = 240 МПа)





Принимаю hк = bк = 47 см.

, принимаю 16 мм

, принимаю 10 мм

Конструктивные требования:

  1. tf = 10  40 мм: 10 мм < 16 мм < 40 мм

  2. tw = 6  16 мм: 6 мм < 10 мм < 16 мм





Определение фактических геометрических характеристик:














  1. Проверка подобранного сечения

    1. Проверка устойчивости относительно оси Y-Y





y  f(y)

y = 0,780



Ry = 240 МПа для стали С 245

    1. Проверка местной устойчивости полки













14,38 < 17,22  местная устойчивость полки обеспечена.


    1. Проверка местной устойчивости стенки

w  [w]









43,8  86,38  местная устойчивость стенки обеспечена.

Расчет колонн сквозного сечения:

3. Подбор и компоновка сечения:



Принимаю 2 ? № 26К1 А=75,5 см2, ix=11,1 см,

А = 2*75,5 = 151 см2, ix = 22,2 см

«b» - определяем из условия равноустойчивости

х = 1,2у



х = 0,43 у = 0,43



см, принимаю b = 32 см


Компоновка планок

tпл = (6  16) мм, принимаю tпл = 12 мм

dпл = 0,6*b=0,6*32=19,2, принимаю dпл = 20см

i1-1 = 6,53 см

l  40 i1-1 = 40*6,53 = 261,5 cм

принимаю l = 250 см

lb = l – dпл = 250 – 20 = 230 см


Проверка подобранного сечения

  1. Проверка устойчивости относительно оси Х:







x = 0,911



  1. Проверка устойчивости относительно оси Y:





ef – приведенная гибкость относительно оси Y.

Погонная жесткость планки:



Погонная жесткость ветви:



Отношение погонных жестокостей планки и ветви:













Па

  1. Проверка устойчивости отдельной ветви:

МПа

Расчет базы колонны

1. Расчет опорной плиты.

    1. Определение размеров опорной плиты в плане:

Площадь опорной плиты определяется из условия прочности материала фундамента.

Принимаю для фундамента бетон класса В7,5 с Rпр = 4,5 МПа



В = b + 2tтр + 2C = 47 + 2*1 + 2*5 = 59 см

L = A / B = 4547 / 59 = 77,06 см

Принимаю L = 78 см

Фактическая площадь опорной плиты:

А оп.пл = 59*78 = 4602 см




    1. Определение толщины опорной плиты.



qб = б*1см = 0,54 * 1см = 0,54 кН/см

Система траверс и стержня колонны делит плиту на 3 типа участков.

Участок 1 – консольный:



Участок 2 – опертый по 4 сторонам:

М2 = qб21*



М2 = 0,54*232*0,098 = 28 кН*см

Участок 3 – опертый по 3 сторонам:

М3 = qб*b2*



М3 = 0,54*472*0,060 = 71,57 кН*см

Сравнивая моменты М1, М23 выбираем Mmax = М3 = 71,57 кН*см



с = 1,2 для опорной плиты

Принимаю толщины опорной плиты 39 мм.

Конструктивные требования:

tоп.пл = (20  40) мм  20 < 39 <40.



  1. Расчет траверсы

    1. Определение высоты траверсы:

kf=10мм





Принимаю hтр = 50 см



    1. Проверка прочности траверсы:

Проверку прочности траверсы производим в месте крепления траверсы к ветви колонны.

qтр – погонная нагрузка на траверсу

кН/см





Приведенное напряжение в траверсе:



1,15Ryc = 1,15*24*1 = 27,6 кН/см2

25,6 кН/см2 < 27,6 кН/см2

Расчет узла примыкания главной балки к колонне.

Анкерные болты принимаем конструктивно d = 24 мм

Опирание главных балок на колонну сбоку

tоп.ст. = tоп.л. + (15  20 мм) = 16+19 = 35 мм

Принимаю 35 мм

Принимаю кf=10мм





Чтобы уменьшить высоту опорного столика принимаю 3 сварных шва:







Принимаю hоп.ст = 48 см

Расчет сварных поясных швов главной балки.

Условие прочности сварного шва по металлу шва:

, где

Rwf – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва

wf – коэффициент условий работы шва

с – коэффициент условий работы конструкции

lw – расчетная длина шва

f – коэффициент, принимаемый при сварке элементов из стали с пределом текучести до 580 МПа по табл. 34 СНиПа II-23-81*
Принимаю полуавтоматическую сварку, сварочный материал Э-42, Rwf = 180 МПа.

Определяю менее прочное сечение шва

Rwf*f = 180*0,7 = 126 МПа

Сдвигающее усилие:







Принимаем kf=6 мм



ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет – УПИ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации