Курсовой проект - Расчет и проектирование балочной клетки - файл n10.doc

приобрести
Курсовой проект - Расчет и проектирование балочной клетки
скачать (2305.3 kb.)
Доступные файлы (8):
~WRL0002.tmp
~WRL0003.tmp
~WRL0004.tmp
~WRL0005.tmp
~WRL0006.tmp
~WRL0007.tmp
n9.dwg
n10.doc566kb.29.07.2010 16:16скачать

n10.doc





МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

_______________

Федеральное агентство по образованию

_______________

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (МГСУ)

________________________________________________________

Кафедра архитектурно-строительного проектирования


Курсовой проект №1

по предмету: «Металлические конструкции»

тема: «ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ»

студента второго курса отделения экстернат

Колганова Николая Валерьевича

РУКОВОДИТЕЛЬ ПРОЕКТА: Морозова Д.В.
« ___________ » 2010г ________________

(подпись)

г.Мытищи 2010г
Содержание:


1. Исходные данные……………………………………………………………………...………...

2

2. Выбор схемы балочной клетки………………………………………………………..……….

3

2.1. Расчет настила………………………………………………………………………...

3

3. Проектирование и расчет главных балок…………………...……………………………….

5

3.1. Проверка прочности и общей устойчивости главной балки……..………….…

10

3.2 Расчет поясных швов главной балки……………………………..…..……………

12

3.3 Расчет опорного ребра главной балки……………………………….…………….

12

4. Проектирование и расчет колонн……………………………………………………….…….

14

4.1. Расчетная схема и расчетная длина колонны…………………………..……….

14

4.2. Определение продольной силы в колонне, выбор типа сечения колонны………………………………………………………………………………….…………...

15

4.3. Подбор сечения, проверка общей устойчивости колонн и местной устойчивости стенки и полок………………………………………………………………..…….

15

4.4. Расчет и конструирование оголовка колонны……………………………………

18

4.5. Расчет и конструирование базы колонны………………………………………...

20

4.6. Расчет траверсы ……………………………………………………………………..

22

5. Список используемой литературы……………………………………………………………

24

Приложение: Графическая часть. Лист 1







  1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:


1.1 Пролет гл. балок (шаг колонн в продольном направлении) l = 20м;

1.2 Пролет балок настила (в поперечном направлении) а = 5,5м;

1.3 Габариты площадки в плане 3l х 3а;

1.4 Отметка верха настила h = 7,5м;

1.5 Временная нормативная равномерно распределенная нагрузка на площадку от оборудования и людей Рn = 18 кн/мІ;

    1. Материал конструкций Ст 245;

1.7 Класс бетона фундамента В15;

1.8 Принимаем колонну сплошного сечения;

1.9 Принять сопряжение колонны с главной балкой и фундаментом шарнирное;

1.10 Шаг балок настила b = 100 см;

1.11 Толщина настила 10 мм tn = 1 см, тогда: qнg=0.78 кН/мІ

Коэффициенты надежности при постоянной: p = 1,2,

и временной нагрузке: g = 1,05;с = 1

шаг балок настила: аl = 1м

модуль упругости: Е = 2,06 х 104 = 20600

2. ВЫБОР СХЕМЫ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ


2.1. Расчет настила
Несущий настил состоит из стального листа, уложенного на балки и приваренного к ним.



Рис.1 Схема нормального типа балочной клетки
Толщина настила tн = 10 мм

Вес настила = 7,85 г/см3 = 7850 кг/м3

при tн = 10 мм вес gn= 0,785 кН/м2



Рис.2 Расчетная схема балок настила

Нормативная нагрузка на балку настила:

qn = (pn +gn)·b = 18,156 кН/мІ

Расчетная нагрузка на балку настила:

q = (p·pn + g·gn)· b = 22,867 кН/мІ

где, p = 1,2, g = 1,05 – коэффициенты надежности

Расчетный изгибающий момент балки:

кНм

Переводим в кНсм:
Мmax = Мmax1х100 = 8646.728 кНсм

Требуемый момент сопротивления балки настила:

см3.

Ближайший профиль – 26Б1 Wх = 312 см3, что существенно ниже требуемого, следовательно:

По сортаменту подбираем профиль: 30Б1

Wх = 427 см3

Iх = 6328
Выполняем проверку подобранного поперечного сечения по второму предельному состоянию:

Сбор нагрузок и подбор сечения балки:

Максимальный прогиб балки:

см.

см.

f = 1,8 < 2,2 = [f], следовательно принятая балка удовлетворяет условиям прочности и прогиба. Проверку касательных напряжений в прокатных балках при отсутствии ослабления опорных сечений обычно не производят, так как она легко удовлетворяется из-за относительно большой толщины стенок балок.

Общую устойчивость балок настила проверять не надо, так как их сжатые пояса надежно закреплены в горизонтальном направлении приваренным к ним настилом.

Выбранная балка настила проходит по всем проверкам.

Масса балки настила:

qбн = 32,9 кг/мІ

qбн = qбн х 0,01 = 0,329 кН/м

Ширина балки настила:

bбн = 14см; hбн = 29.6см
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ГЛАВНЫХ БАЛОК
Главные балки, несущие балки настила, являются балками составного сечения. Составные балки используются в тех случаях, когда прокатные балки не удовлетворяют хотя бы одному из условий – прочности, жесткости, общей устойчивости. Проверим необходимость использования составного сечения.

Расчетная схема для главной балки будет выглядеть, как показано на рисунке (см. ниже). Здесь же построены эпюры изгибающих моментов М и поперечных сил Q.



Рис.3 Расчетная схема для главной балки
Нормативная нагрузка на главную балку:

кН/м2.

Расчетная нагрузка на главную балку:

кН/м2.

С учетом принятой расчетной схемы и того, что на главную балку действует равномерно распределенная нагрузка, расчетный максимальный изгибающий момент в середине пролета найдем по формуле:

кНм=638542,822кНсм

Максимальное значение поперечная сила принимает на опорах и равняется:

кН.

Определяем требуемый момент сопротивления балки настила::

см3.
Рассчитываем сварную балку:

Для определения высоты балки следует найти:

а) оптимальную высоту:

k=1.15

tw=2



б) из условия жесткости главной балки найдем величину минимальной высоты главной балки hmin:

Переводим в l в см: l1=lx100=2000см

n=400 – предел допустимого отношения длинны балки к ее ширине

см.

В целях унификации конструкции примем окончательное значение высоты балки кратное 100 мм, т.е. h=165 см.

Проверяем принятую толщину стенки, из условия работы на срез:

Rs = 0.58 x Rv = 13.92кН/смІ

из условия работы стенки на касательные напряжения на опоре

см < 1,2 см

Чтобы не применять продольных ребер жесткости

см < 1,2 см.

Сравнивая полученную расчетным путем толщину стенки с принятой (12 мм), приходим к выводу, что она удовлетворяет условию прочности на действие касательных напряжений и не требует укрепления ее продольным ребром жесткости для обеспечения местной устойчивости.

Найдем размеры горизонтальных листов пояса исходя из необходимой несущей способности балки. Для этого вычислим требуемый момент инерции сечения балки:

см4,

который распределяется на момент инерции стенки и двух поясов балки:

.

Принимаем толщину поясов балки tf = 2,5 см, тогда высота стенки балки будет равной

см,

Момент инерции стенки балки

см4.

Момент инерции, приходящийся на поясные листы

см4.

Момент инерции поясных листов балки относительно ее нейтральной оси, пренебрегая моментом инерции поясов относительно их собственной оси ввиду его малости, будет равен

см4.

где h - расстояние между параллельными осями поясов балки

см.

Отсюда получаем требуемую площадь сечения поясов балки

см2.

Находим требуемое значение ширины пояса балки:

см.

Окончательно примем bf = 55 см.

Проверяем по окр.размера площадь пояса:

Af = bf x tf 137.5 см2.

Принимаем пояса из универсальной стали 560х20 мм, для которой , что находится в пределах рекомендуемого отношения.

Проверим отношение ширины свеса сжатого пояса к его толщине из соображений местной устойчивости ( по п.7.24 СНиП II-23-81* ):

см

принятое соотношение размеров пояса удовлетворяет условию его местной устойчивости.




Рис.4 Сечение балки

Подобранное сечение балки проверяем на прочность. Определим момент инерции балки:

см4.

Определим момент сопротивления балки:

кНсм.

Проверим нормальные напряжения в балке по следующей формуле:

,

<= 1.15Ry x ?c = 27.6 кН/см2,

следовательно, подобранное сечение удовлетворяет условию прочности и не имеет недонапряжений больше 5%.

Проверку прогиба делать нет необходимости, так как принятая высота сечения главной балки больше минимальной и регламентированный прогиб будет обеспечен.


3.1. Проверка прочности и общей устойчивости главной балки

Проверим общую устойчивость в месте действия максимальных нормальных напряжений, принимая за расчетный пролет lef = 100 см - расстояние между балками настила. Условие устойчивости записывается в виде:

,

где lef – расчетная длина балки между связями, препятствующими поперечным смещениям сжатого пояса балки;

? - коэффициент, означающий, что балка не испытывает пластической деформации.

bf – ширина сжатого пояса (ширина полки);

tf – толщина сжатого пояса (толщина полки);

hef – расстояние (высота) между осями поясных листов.



Проверим общую устойчивость в месте уменьшенного сечения главной балки (балка работает упруго и):

.

проверки показали, что общая устойчивость балки обеспечена.

Проверка устойчивости стенки.

Определим необходимость укрепления стенки поперечными ребрами жесткости по п. 7.10 СНиПа II-23-81*. Так по СНиПу II-23-81* стенки балок следует укреплять поперечными ребрами жесткости, если значение условной гибкости стенки балкиw превышает 2,2.





Если ?w больше 2,2 принимаем шаг балок настила равный 2хhw (максимальный шаг)

2,5 х hw = 400см

Ребра жесткости следует разместить таким образом, чтобы под каждой второй балкой настила было ребро жесткости.

Шаг ребер принимаем а х 2 = 11см


Рис.5 Расстановка поперечных ребер жесткости главной балки, сечения проверки устойчивости стенки.


.

Т.к. расчет ведется в середине балки т=0 и ?loc=0

Т.к. имеем монтажный стык 2-х отправочных элементов (разбиваем на 2 балки, т.к. перевозка таких длинных балок приведет к повышенным затратам) поэтому балка настила не ставится, в результате чего местное напряжение под балкой настила составит: ?loc=0

Критическое напряжение в главной балке составит (коэффициент Сcr принимаем из СНиП II-23-81):

Сcr=33



Максимальное нормально-направленное напряжение в балке:

?max= ?x=23.676

исходя из этого, формула приобретает вид:
.

Если условие не выполняется, уменьшаем шаг поперечных ребер.

Условие выполнено.
3.2. Расчет поясных швов главной балки
Расчёт поясных швов главной балки:

Расчёт поясного шва сводится к определению катета сварного шва (если длина балки известна).

При расчёте нам потребуются следующие значения: (?хRw)-берём минимальное значение, полученное при расчете по металлу шва и по границе сплавления:

? - коэффициент проплавления шва который зависит от вида сварки, типа соединения, марок свариваемых изделий, марок элекродов и т.д.

? = 0,7

Расчётное сопротивление сварного шва, принимаем меньшее:

Rw = 16.5 кН/см, берём по границе сплавления (при расчете по металлу шва Rw=18)

- (статический момент полки)

- местное напряжение в шве балки, где F -сила, действующая от балки настила она равна 2-м поперечным силам от балок настила в местах их опирания на главную балку:

Qmaxбн = 2 х qбн х а = 251,541 кН;

F = 2Qmaxбн = 503,082 кН;

Lloc = bбн + 2 х tf = 19 см;

n = 2 при двухсторонних швах;

3.3. Расчет опорного ребра главной балки
Толщину опорного ребра (tр) выбираем из условия возможного смятия ребра, для чего нам потребуется найти требуемую площадь опирания ребра:

расчётное сопротивление стали балки смятию для стали С-245 принимаем по СНИП II-23-81 "Стальные конструкции" таблица1:
кН/см2,

где по табл. 51 СНиП II-23-81* для стали С245 определим временное сопротивление стали разрыву Run = 38 кН/см2; по табл. 2* СНиП II-23-81* для стали по ГОСТу 27772-88, находим, что коэффициент надежности по материалу m = 1,025.

Найдем требуемую площадь опорного ребра:

см2.

Уже принятая ширина пояса bfx = 36 cм, следовательно толщину ребра определим, как

см,

принимая окончательно tp = 1,0 см.

Тогда :см2, сечение подобранного торца балки проходит проверку на смятие.

Проверим опорный участок балки на устойчивость из плоскости балки, как условного опорного стержня, включающего в площадь своего сечения опорные ребра и часть стенки балки шириной bw.



Рис.6 Расчетная схема на устойчивость опорного участка главной балки.
см.

Площадь расчетного сечения опорной части балки:


см2.

Момент инерции сечения относительно оси z-z:

см4.

Радиус инерции сечения:

см.

Гибкость:

.

Условие устойчивости можно записать в виде:

,

где = 0,962 - коэффициент продольного изгиба балки (по табл. 72 СНиПа II-23-81*),

кН/см2 < Ryc = 24 кН/см2,

то есть принятая опорная стойка главной балки устойчива.
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ КОЛОНН
4.1. Расчетная схема и расчетная длина колонны
В качестве расчетной схемы выберем колонну, шарнирно закрепленную с двух сторон. Найдем фактическую длину колонны l, при высоте фундамента 500 мм:

см.

Расчетная длина колонны равна: см.

где  - коэффициент расчетный длины, определяется по табл. 71,а СНиПа II-23-81*.



Рис.7 Расчетная схема центрально-сжатого стержня колонны.
4.2. Определение продольной силы в колонне, выбор типа сечения колонны
Продольная сила в колонне составит:

N = 2Qmax +0,8·lk = 3037.691кН, используем колонну сплошного типа сечения. Примем, что сечение будет двутавровым, сваренным из трех листов.
4.3. Подбор сечения, проверка общей устойчивости колонн и местной устойчивости стенки и полок
Продольная сила в колонне: N = Qmax x 2 + 0.8 x k = 3037.691 kH

Материал колонн – сталь С-245. Для нее по табл. 51 СНиПа II-23-81* определим, что расчетное сопротивление растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести Ry = 24 кН/см2.

По формуле 7 СНиПа II-23-81* имеем, что:



Найдем по формуле:



Примем x = 70, тогда = 0,754, из таблицы 72 СНиПа находим требуемую площадь:

см2.

Компонируем размеры поперечного сечения: конструируем колонну в виде сварного двутавра требуемая ширина полок для двутавра:

k1 = 0,24

?y = ?x x 1.5 = 105





bf = 30


Рис.8 Сечение колонны со сплошной стенкой.

Высоту стенки назначаем по имперической формуле:







тогда согласно табл. 27 СНиП II-23-81* получим, что:

см,

принимаем tw = 1.8; tf = 1.8; hw = 40;

Проверяем высоту полок устойчивость полки:



Условие выполнено.

Находим площадь стенки:

см2

Необходимая площадь поясов равна:

см2

Определяем площадь принятого сечения колонны:

см2

Находим толщину пояса:

см

Принимаем cм.

Проверим местную устойчивость полки колонны по табл.29 СНиП II-23-81*:



Условие выполнено.

Находим общую площадь:

см2,

Проверяем напряжение по подобранному сечению,определяем коэффициенты фи по подобранному сечению:

см4

см4













Условие выполнено.

Проверим местную устойчивость стенки колонны.

hef=60+0.8=60.8см

Стенка колонны устойчива, если условная гибкость стенки:



меньше или равна предельной условной гибкости:



Условие выполнено.
4.4. Расчет и конструирование оголовка колонны

На колонну со сплошной стенкой свободно сверху опираются балки. Усилие на стержень колонны передается опорными ребрами балок через плиту оголовка. На колонну действует продольная сила N. Торец колонны фрезерован. Толщину плиты оголовка принимаем равной tn = 2,5 см.

Плита поддерживается ребрами, приваренными к стенке колонны. Толщину ребер определяем из условия смятия. Требуемая площадь смятия:





Рис.9 Схема опирания главной балки на колонну

Определим высоту ребра, исходя из длины швов, прикрепляющих ребро к стенке.

Задаемся катетом шва 10 мм. kf = 1 см.

Сварные швы будем выполнять полуавтоматической сваркой из проволоки сплошного сечения Св-08 или Св-08А со значением ?wn=1.25; кН/см2. Для стали С245 значение. Таким образом, расчетные сопротивления сварного шва по металлу шва и по границе сплавления соответственно будут равны ( по табл.3 СНиП II-23-81*):

кН/см2,

кН/см2.

Значения коэффициентов при сварке в нижнем положении равны:

кН/см2,

кН/см2, kw = 1, следовательно, необходимо рассчитать сварной шов на условный срез по металлу границы сплавления. Тогда длина одного углового шва будет равна ( при kf = 10 мм – для вставки стенки в колонну > 10 мм.)

см, принимаем hp=lw+1=53.621см.

Принимаем hp=54см.

Толщину вставки в стенку колонны определим из расчета стенки на срез:

см, принимаем tw, вс = 2 см.

Проверка принятого сечения по касательным напряжениям:


4.5. Расчет и конструирование базы колонны
Собственный вес колонны:

кг.

Расчетная нагрузка на базу колонны:

кН.

g = 0.098

Требуемая площадь плиты базы колонны

,

где - коэффициент, зависящий от характера распределения местной нагрузки по площади смятия, при равномерно распределенной нагрузке = 1;

Rb,loc – расчетное сопротивление смятию:

,

где Rb – расчетное сопротивление тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов для предельных состояний первой группы на осевое сжатие, для бетона класса В15 Rb = 0,75 кН/см2;

 - коэффициент для расчета на изгиб, зависящий от характера операния плит, для бетонов класса ниже В25 =1;

- принимают не более 2,5 для бетонов класса выше В7,5, потому в нашем случае b = 2.

кН/см2.

При центрально-сжатой колонне и значительной жесткости плиты напряжения под плитой в бетоне можно считать равномерно распределенными, поэтому = 1, тогда

см2.

Считая в первом приближении плиту базы квадратной, будем иметь стороны плиты равными

см;

см;
принимаем размеры плиты см, L = 41 cм (по конструктивным соображениям), тогда

см2.

Напряжение под плитой

кН/см2.

Плита работает на изгиб, как пластинка, опертая на соответствующее число кантов (сторон). Нагрузкой является отпор фундамента. В плите имеются три участка.

На участке 1 плита работает по схеме "пластинка, опертая на четыре канта". Соотношение сторон:

> 2,

то есть плиту можно рассматривать как однопролетную балочную, свободно лежащую на двух опорах.

Изгибающий момент:

Здесь: b = hw = 40см; а = bef = 13.75см

кНсм.

Требуемая толщина плиты подбирается по максимальному изгибающему моменту, принимая материал плиты – сталь С245:

см,

принимаем толщину базы 3,2 см.

На участке 2 плита работает тоже, как пластинка, опертая на три канта.

Здесь: d = bf = 30

см,

Соотношение сторон

,

следовательно плиту можно рассматривать как консоль длиной с.

Изгибающий момент:

кНсм.

На участке 3 плита оперта на три канта.

Здесь: d = bf = 30

см,

,

Следовательно плиту можно рассматривать как консоль длиной «В».

Изгибающий момент: кНсм.
4.6. Расчет траверсы.
Считаем в запас прочности, что усилие на плиту передается только через швы, прикрепляющие ствол колонны к траверсам и не учитываем швы, соединяющие ствол колонны непосредственно с плитой базы. Траверса работает на изгиб, как балка с двумя консолями. Высота траверсы определяется из условия прочности сварного соединения траверсы с колонной.

Рассчитаем угловые швы на условный срез.

Задаемся катетом шва kf = 1,3 см.

Сварные швы будем выполнять полуавтоматической сваркой электродами Э42, выполненными из проволоки сплошного сечения Св-08А со значением кН/см2. Для стали С245 значение кН/см2. Таким образом, расчетные сопротивления сварного шва по металлу шва и по границе сплавления соответственно будут равны ( по табл.3 СНиП II-23-81*):

?wm = 1.25

кН/см2,

кН/см2.

Значения коэффициентов при сварке в нижнем положении равны:

кН/см2,

кН/см2, следовательно, необходимо рассчитать сварной шов на условный срез по металлу границы сплавления. Тогда длина одного углового шва будет равна:

см,

Высота траверсы hт = lw +1 = 41.478 см, принимаем hт = 42 см.
5. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Учебное пособие «Металлоконструкции», Морозова Д.В.

2. Металлические конструкции. Под редакцией Г.С. Веденикова, Стройиздат, 1998.

3. Металлические конструкции. Под редакцией Е.И. Беленя, М., Стройиздат, 1986.

4. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции (Госстрой СССР. – М. ЦИТП Госстроя СССР, 1996)






изме-

ненных


заменен

ных


новых


анулир

ованных












































Термины и определения
В настоящих ТУ применены следующие термины с соответствующими определениями:

- адгезия покрытия: сопротивление отслаиванию покрытия от поверхности трубы.

- метод экструдирования: Метод нанесения покрытий путем продавливания расплава полимерных материалов из формующей головки экструдера на наружную поверхность трубы.

- диэлектрическая сплошность покрытия: Отсутствие электрического пробоя при воздействии на покрытие высоковольтного источника постоянного тока.

- переходное электросопротивление покрытия: Сопротивление собственно покрытия в цепи электрод?электролит–покрытие–труба, характеризующее защитную способность покрытия в электролите.



Формат А4


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