Курсовой проект - Расчет элементов балочной клетки - файл n2.doc

приобрести
Курсовой проект - Расчет элементов балочной клетки
скачать (3052.4 kb.)
Доступные файлы (2):

n1.dwg
n2.doc	4719kb.	30.01.2011 13:36	скачать

n2.doc

1 2

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессиональное образование «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра строительных конструкций

Пояснительная записка к курсовому проекту по металлическим конструкциям №1

«Расчет и конструирование

элементов балочной клетки»

Выполнила:

С07-3

Проверил:

Бараняк А.И.

Тюмень, 2010

Содержание

Расчет настила……………………………………………………………………….
Компоновка элементов балочной клетки………………………………………….
Расчет балок настила………………………………………………………………..
1. Сбор нагрузок и статический расчет…………………………………………..
2. Подбор сечения………………………………………………………………….
Расчет второстепенной балки……………………………………………………….
1. Сбор нагрузок и статический расчет…………………………………………….
2. Побор сечения…………………………………………………………………..
3. Оптимизация покрытия…………………………………………………………..
Конструирование и расчет главной балки…………………………………………..
1. Сбор нагрузок и статический расчет…………………………………………….
2. Компоновка составного сечения………………………………………………..
  1. Определение размеров стенки……………………………………………
  2. Определение размеров полок…………………………………………….
3. Изменение сечения балки по длине…………………………………………….
  1. Определение внутренних усилий………………………………………..
  2. Ширина уменьшенного пояса балки……………………………………
4. Проверка прочности и общей устойчивости главной балки…………………
  1. Проверка прочности………………………………………………………
  2. Проверка общей устойчивости………………………………………….
5. Проверка и обеспечение местной устойчивости стенки……………………….
  1. Проверка местной устойчивости стенки………………………………..
  2. Размеры ребер жесткости………………………………………………..
  3. Расчет опорного ребра…………………………………………………..
6. Расчет поясных швов…………………………………………………………..
7. Конструирование и расчет монтажного стыка………………………………..
  1. Сварной стык пояса……………………………………………………..
  2. Болтовой стык пояса……………………………………………………..
  3. Болтовой стык стенки……………………………………………………
8. Уточнение собственного веса главной балки………………………………….
Конструирование и расчет колонны………………………………………………..
1. Сбор нагрузок и статический расчет……………………………………………
2. Подбор сечения сплошной колонны……………………………………………
3. Подбор сечения сквозной колонны…………………………………………….
  1. Подбор сечения стержня…………………………………………………
  2. Расчет соединительных планок…………………………………………..
4. Конструирование и расчет базы колонны……………………………………..
5. Конструирование и расчет оголовка колонны………………………………….
Расчет сопряжения второстепенной балки с главной……………………………….

Список литературы…………………………………………………………………….

3

6

6

6

7

10

10

11

14

15

10

16

16

17

19

19

20

21

21

22

23

23

25

25

27

28

28

29

31

33

33

33

34

35

35

37

38

40

41

43

Расчет элементов балочной клетки.

Исходные данные проектирования:

– район строительства - город Тюмень;

– тип балочной клетки - усложненная;

тип сопряжения балок - пониженное сопряжение;
пролет второстепенной балки l=7,0м. ;
пролет главной балки L=12,0м;
отметка верха настила H=8,0м;
нормативное значение полезной нагрузки р^н=28 кПа;

– материал конструкций сталь С-255 по ГОСТ 27772-88; т.к. для города Тюмень температура наиболее холодной пятидневки равна -38єС. Следовательно выбираем категорию стали II₄ для климатического района строительства с расчетной температурой -30>t?-40 группы 2.
1. Расчет настила.

Толщина настила принимается в зависимости от интенсивности нагрузки на настил:

- t_н=6ч8мм при р‹10кН/м²;

- t_н=8ч10мм при р=10ч25кН/м²;

- t_н=10ч14мм при р›25кН/м².

В данном курсовом проекте примем толщину настила, равной 10 мм,12 мм, 14мм, т.к. полезная нагрузка р=28кПа.

Рис.1 Расчетная схема настила
Размеры настила при работе его на изгиб с учётом распора Н можно приближенно вычислить из условия заданного предельного прогиба (II группа предельных состояний) по формуле:

,

где l_н - пролёт настила;

t_н-толщина настила;

n₀=[l/f] - отношение пролёта настила к его предельному прогибу, величина, обратная предельному значению относительного прогиба конструкции ([f/l])=1/150;

Е₁ - приведённый модуль упругости стали;

 - коэффициент Пуассона для стали;

р^н - полезная нормативная нагрузка.

(кгс/см²)

(см/см)

Рассмотрим толщину настила в 10мм:

Число шагов балок будет равно:

Примем 9 шагов и, следовательно, 10 балок настила с шагом

Силу распора Н, на действие которой рассчитываются сварные швы, крепящие настил к балкам настила, можно определить по приближенной формуле:

_,

где ?_f=1,1 - коэффициент надежности по нагрузке, для действующей равномерно-распределенной нагрузки при полном нормативном значении

нагрузки q^н>200 кгс/м².

Сварные соединения с угловыми швами следует рассчитывать на срез по двум сечениям по формулам (120) и (121) (СНиП 11-23-81*):

по металлу шва:

по металлу границы сплавления:

,

где N=Н=278,37кгс/см;

?_f и ?_z – коэффициенты глубины проплавления шва, принимаемые соответственно 0,7 и 1,0 по таб.34* СНиП 11-23-81* (для ручной сварки);

?_wf и ?_wz – коэффициенты условий работы сварного шва, 1,0 и 1,0 ;

l_w=1см – длина сварного шва (ширина полоски настила, закрепленной неподвижными шарнирами);

R_wf – расчетное сопротивление металла шва сварного соединения с угловыми швами, принимаемое R_wf=1850 кгс/см² для электрода типа Э42 по таб.56 СНиП 11-23-81*;

R_wz – расчетное сопротивление металла границы сплавления сварного соединения с угловыми швами, принимаемое R_wz=0,45·R_un по таб.3, R_wz=0,45·3800=1710 (кгс/см²);

?_c=1– коэффициент условий работы конструкций по таб.6* [1].

В соответствии с конструктивными требованиями к сварным соединениям катеты угловых швов следует принимать по расчету, но не менее указанных в таб.38* [1].

Расчетная высота катета сварного шва, крепящего настил к балкам, определяется из условий прочности углового шва на срез:

У нас угловое соединение, ручная сварка, предел текучести стали до 430 МПа, толщина наиболее толстого из свариваемых элементов 10 мм, поэтому принимаем k_f=0,6 см.
Р

ассмотрим толщину настила в 12мм:

Число шагов балок будет равно:

Примем 7 шагов и, следовательно, 8 балок настила с шагом

N=Н=334,04 кгс/см;

У нас угловое соединение, ручная сварка, предел текучести стали до 430 МПа, толщина наиболее толстого из свариваемых элементов 10 мм, поэтому принимаем k_f=0,6 см.
Рассмотрим толщину настила в 14мм:

Число шагов балок будет равно:

Примем 6 шагов и, следовательно, 7 балок настила с шагом

N=Н=389,72 кгс/см;

У нас угловое соединение, ручная сварка, предел текучести стали до 430 МПа, толщина наиболее толстого из свариваемых элементов 10 мм, поэтому принимаем k_f=0,6 см.

2. Компоновка элементов балочной клетки.

Рис.2 Схема расположения элементов балочной клетки
3. Расчет балок настила.

3.1 Сбор нагрузок и статический расчет.

Балка настила воспринимает следующие нагрузки:

полезная р^н=28кПа;
собственный вес настила
собственный вес балки настила g^н₁, который в первом приближении принимается равным 1-2% от полезной нагрузки g^н₁=0,02·28=0,56 (кН/м).

Для определения интенсивности распределенной нагрузки, действующей на БН, необходимо все нагрузки привести к погонным (кН/м²). Ширина грузовой площади балок настила равна их шагу а.

Нормативное значение нагрузки, действующей на БН:

Расчётное значение нагрузки, действующей на БН:

,

где _f₁=1,1 - коэффициент надёжности по временной нагрузке;

_f₂=1,05 - коэффициент надёжности по нагрузке от собственного веса.
Рассмотрим толщину настила в 14мм:

Рассмотрим толщину настила в 12мм:

Рассмотрим толщину настила в 10мм:

3.2 Подбор сечения.

Рис. 3 Расчетная схема балок настила
Максимальный изгибающий момент равен:

Максимальная поперечная сила равна:

Рассмотрим толщину настила в 14мм:

Рассмотрим толщину настила в 12мм:

Рассмотрим толщину настила в 10мм:

огласно СНиП II-23-81* "Стальные конструкции", п.5.12, расчёт на прочность элементов изгибаемых в одной из главных плоскостей, следует выполнять по формуле:

,

где R_y - расчётное сопротивление материала балки, определяется по СНиП II-23-81* "Стальные конструкции", таблица 51*, R_y=2450 кгс/см² ;

_с - коэффициент условий работы конструкции для сплошных прокатных балок, несущих статическую нагрузку, при расчёте на прочность принимается по СНиП II-23-81* "Стальные конструкции", таблица 6* , _с=1;

с₁=1,12 - коэффициент, учитывающий пластические деформации.

Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки равен:

,

Для настила толщиной 14мм:

По сортаменту прокатных профилей выбираем швеллер 16а по ГОСТ 8278-83 с моментом сопротивления сечения не менее требуемого и имеющий следующие геометрические характеристики:

h=16см; t=0,9см; I_х=823см⁴; W_х=103 см³; S_x=59,4см³; собственный вес g₁^н=0,153 кН/м.
Проверка прочности по касательным напряжениям:

Согласно СНиП II-23-81* "Стальные конструкции", п.5.12, значения касательных напряжений в изгибаемых элементах должны удовлетворять условию:

,

где Q - максимальное значение поперечной силы;

t - толщина полки швеллера;

Rs - расчётное сопротивление стали сдвигу, определяемое по СНиП II-23-81* «Стальные конструкции», таблица 1*,

Условие выполняется, т.е. опорные сечения БН удовлетворяют условиям прочности по касательным напряжениям.
Проверка прочности по нормальным напряжениям:

Согласно СНиП II-23-81* "Стальные конструкции", п. 5.12*, для стенок балок, рассчитываемых по формуле:

Для балок настила условия прочности в сечениях выполняются.
Проверка прогиба:

Р

асчет по II группе предельных состояний для изгибаемого элемента заключается в определении вертикального относительного прогиба элемента и сравнении его с нормируемым.

Относительный прогиб однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, определяется по формуле:

, где

- нормативное значение нагрузки, воспринимаемой БН;

- пролет БН;

- модуль упругости стали, по СНиП II-23-81* "Стальные конструкции", таблица 63,

;

- момент инерции сечения БН;

Сечения удовлетворяют требованиям жесткости.
Для настила толщиной 12мм:

По сортаменту прокатных профилей выбираем швеллер 16 по ГОСТ 8278-83 с моментом сопротивления сечения не менее требуемого и имеющий следующие геометрические характеристики:

h=16см; t=0,84см; I_х=747см⁴; W_х=93,4см³; S_x=54,1см³; собственный вес g₁^н=0,142 кН/м.
Проверка прочности по касательным напряжениям:

Условие выполняется, т.е. опорные сечения БН удовлетворяют условиям прочности по касательным напряжениям.
Проверка прочности по нормальным напряжениям:

Для балок настила условия прочности в сечениях выполняются.
Проверка прогиба:

Сечения удовлетворяют требованиям жесткости.
Д

ля настила толщиной 10мм:

По сортаменту прокатных профилей выбираем швеллер 14 по ГОСТ 8278-83 с моментом сопротивления сечения не менее требуемого и имеющий следующие геометрические характеристики:

h=14см; t=0,81см; I_х=491см⁴; W_х=70,2см³; S_x=40,8см³; собственный вес g₁^н=0,123 кН/м.
Проверка прочности по касательным напряжениям:

Для балок настила условия прочности в сечениях выполняются.
Проверка прогиба:

Сечения удовлетворяют требованиям жесткости.
4. Расчет второстепенной балки

4.1 Сбор нагрузок и статический расчет

Толщина настила = 10мм:

Балка настила воспринимает следующие нагрузки:

полезная р^н=28кПа;
собственный вес настила
собственный вес балки настила - для 10мм - g₁^н=0,123 кН/м.
собственный вес второстепенной балки, который ориентировочно принимается равным 2-5% от полезной нагрузки g^н₂=0,02·28=0,56 (кН/м).

Нормативное значение нагрузки, действующей на ВБ:

Расчётное значение нагрузки, действующей на ВБ:

, где

_f₁=1,1 - коэффициент надёжности по временной нагрузке;

_f₂=1,05 - коэффициент надёжности по нагрузке от собственного веса.

Толщина настила = 12мм:

Балка настила воспринимает следующие нагрузки:

полезная р^н=28кПа;
собственный вес настила
собственный вес балки настила - для 12мм - g₁^н=0,142 кН/м.
собственный вес второстепенной балки, который ориентировочно принимается равным 2-5% от полезной нагрузки g^н₂=0,02·28=0,56 (кН/м).

Толщина настила = 14мм:

Балка настила воспринимает следующие нагрузки:

полезная р^н=28кПа;
собственный вес настила
собственный вес балки настила - для 14мм - g₁^н=0,153 кН/м.
собственный вес второстепенной балки, который ориентировочно принимается равным 2-5% от полезной нагрузки g^н₂=0,02·28=0,56 (кН/м).

4.2 Подбор сечения.

Максимальный изгибающий момент равен:

Максимальная поперечная сила равна:

Толщина настила = 10мм:

Подберем сечение ВБ:

По сортаменту прокатных профилей выбираем двутавр 55 по ГОСТ 8239-89 с моментом сопротивления сечения не менее требуемого и имеющий следующие геометрические характеристики:

h=550 мм; t=16,5 мм; I_х=55962 см⁴; W_х=2035,0 см³; S_x=1181 см³;

собственный вес g₂^н=0,926 кН/м.
Проверка прочности по касательным напряжениям:

- для балок настила.

Условие выполняется, т.е. опорные сечения ВБ удовлетворяют условиям прочности по касательным напряжениям.

Проверка прочности по нормальным напряжениям:

Для второстепенных балок условия прочности в сечениях выполняются.
Проверка прогиба:

Сечения удовлетворяют требованиям жесткости.

Толщина настила = 12мм:

Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки равен:

- для балок настила.

Условие выполняется, т.е. опорные сечения ВБ удовлетворяют условиям прочности по касательным напряжениям.
Проверка прочности по нормальным напряжениям:

Для второстепенных балок условия прочности в сечениях выполняются.
Проверка прогиба:

Сечения удовлетворяют требованиям жесткости.
Толщина настила = 14мм:

Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки равен:

=550 мм; t=16,5 мм; I_х=55962 см⁴; W_х=2035,0 см³; S_x=1181 см³;

собственный вес g₂^н=0,926 кН/м.
Проверка прочности по касательным напряжениям:

- для балок настила.

Условие выполняется, т.е. опорные сечения ВБ удовлетворяют условиям прочности по касательным напряжениям.
Проверка прочности по нормальным напряжениям:

Для второстепенных балок условия прочности в сечениях выполняются.
Проверка прогиба:

Сечения удовлетворяют требованиям жесткости.
4.3 Оптимизация покрытия.

Таблица 1

t_н, мм	n_бн	№ _бн g_1мп	m_бн	m_н	m_вб	?m
14	7·5=35	Швеллер 16а 15,3 кг	1285,2 кг	9231,6 кг	3889,2 кг	14406 кг
12	8·5=40	Швеллер 16 14,2 кг	1363,2 кг	7912,8 кг	3889,2 кг	13165,2 кг
10	10·5=50	Швеллер 14 12,3 кг	1476,0 кг	6594,0 кг	3889,2 кг	11959,2 кг

,

где

где

Исходя из оптимизации, выбираем наиболее выгодный вариант - минимальную массу покрытия, т.е. t_н=10мм.

5. Конструирование и расчет главной балки.

5.1 Сбор нагрузок и статический расчет.

Балки настила опираются на второстепенные балки равномерно с шагом 0,909м, ВБ в свою очередь опираются на ГБ. Пролет ГБ составляет 15м, таким образом, сосредоточенные силы от ВБ можно представить как равномерно распределенную нагрузку.

Главная балка воспринимает следующие нагрузки:

полезная р^н=28 кПа;
собственный вес настила g_н^н=78,5·0,010=0,785кН/м²;
собственный вес балки настила;
собственный вес второстепенной балки;

собственный вес главной балки, ориентировочно примем g^гб=5кН/м
Для определения интенсивности распределённой нагрузки, действующей на ГБ, необходимо все нагрузки привести к погонным [кН/м]. Ширина грузовой площадки ГБ равна шагу колонн в поперечном направлении, l=7 м.
Нормативное значение нагрузки действующей на ГБ:

Расчетное значение нагрузки действующей на ГБ:

_f – коэффициенты надёжности по нагрузке:

_f₁=1,1;

_f₂=1,05 – для металлических конструкций.

Рис. 4 Расчетная схема главной балки
Максимальный изгибающий момент равен:

Максимальная поперечная сила равна:

1 2