Конструктивная схема балочной клетки.

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине «Металлические конструкции»

Выполнил:

Принял:

Саратов 2006

Содержание

Введение........................................................................................................... 2

1.Исходные данные......................................................................................... 2

2.Конструктивная схема балочной клетки..................................................... 2

3.Основные положения по расчету конструкций........................................... 3

4.Составление вариантов балочной клетки.................................................... 4

4.1.Вариант №1............................................................................................... 6

4.1.1.Расчет настила........................................................................................ 6

4.1.2.Расчет балок настила.............................................................................. 8

4.1.3.Расчет вспомогательных балок............................................................ 11

4.2.Вариант №2............................................................................................. 14

4.2.1.Расчет настила...................................................................................... 14

4.2.2.Расчет балок настила............................................................................ 16

4.2.3.Расчет вспомогательных балок............................................................ 19

4.3.Вариант №3............................................................................................. 22

4.3.1.Расчет настила...................................................................................... 22

4.3.2.Расчет балок настила............................................................................ 24

4.3.3.Расчет вспомогательных балок............................................................ 26

5.Сравнение вариантов................................................................................. 29

6.Проектирование составной балки............................................................. 30

6.1.Компоновка и подбор сечения балки.................................................... 30

6.2.Проверка прочности балки..................................................................... 33

6.3.Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов сечения главной балки 35

6.4.Расчет соединения поясов балки со стенкой.......................................... 40

6.5.Конструирование и расчет опорной части балки.................................. 41

6.6.Конструкция и расчет сопряжения вспомогательной балки с главной балкой 43

6.7.Конструирование монтажного стыка главной балки………………….…43

7.Конструкция и расчет колонны................................................................. 45

7.1.Общие сведения……………………………………………………... ……45

7.2.Конструирование и расчет стержня колонны……………………… …46

7.3. Конструирование и расчет планки колонны......................................... 49

7.4.Конструирование и расчет базы колонны............................................. 49

7.5.Конструирование и расчет оголовка колонны...................................... 51

Список литературы....................................................................................... 53

ВВЕДЕНИЕ

В работе представлены принципы и правила проектирования металлических конструкций балочной площадки промышленного здания, отражена основная технологическая последовательность конструирования и расчета её элементов.

В состав площадки включены следующие конструкции: стальной настил, балки настила и вспомогательные балки из прокатных двутавров, главные балки составного двутаврового сечения (сварные), стальные колонны сквозного сечения.

Расчет элементов металлических конструкций производится по методу предельных состояний с использованием международной системы единиц СИ. Расчет конструкций произведено с необходимой точностью и в соответствие с положением по расчёту и конструктивными требованиями СНиП 2-23-81* «Стальные конструкции».

Выполнение расчётно-графической работы производится по заданным исходным данным.

1. Исходные данные

Рабочие площадки служат для размещения производственного оборудования на определенной высоте в помещении цеха промышленного здания. В конструкцию площадки входят колонны, балки, настил и связи. Система несущих балок стального покрытия называется балочной клеткой.

Исходные данные:

- полезная нагрузка - = 28кН/м2;

- пролет - L=14 м

- шаг колонн – l = 5 м

- высота колонны - H = 6 м

- колонны – сквозные с планками.

- тип пола - I

- класс бетона фундамента В12,5.

Конструктивная схема балочной клетки.

Балочная клетка состоит из следующих элементов: стального настила (Н), укладываемого по балкам настила (БН), вспомогательных балок (ВБ), и главных балок (ГБ), располагаемых обычно параллельно большей стороне перекрытия. Таким образом, балки настила воспринимают полезную нагрузку от массы настила и пола. Вспомогательные балки передают всю нагрузку от балок настила на главные балки, а главные балки – на колонны или стены.

Вариант № 1

Расчет настила

Принимаем сталь С245(т.к II гр.)

Рис. 3

Вид нагрузки
Металло-цементный раствор t=30мм	0,75	1,3	0,975
Гидроизоляция:2 слоя рубероида на мастике	0,1	1,3	0,13
Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм	0,48	1,3	0,624
Полезная нагрузка	28	1,05	29,4
Итого:	29,33		31,129

Сбор нагрузок: Таблица 1

Листы настила крепятся к верхним полкам балок настила при помощи сварки угловыми швами катетом не менее 4 мм. Для удобства сварки ширина листа должна быть на 15-20 мм меньше шага балок настила (см. раб. чертёж). При нагрузках, не превышающих 50 кН/м², и относительном прогибе меньше предельного, принимаемого для всех настилов равным [f/l]=1/150, прочность шарнирно закреплённого по краям стального настила всегда будет обеспечена, и его надо рассчитывать только на жесткость (прогиб).

Определим наименьшую толщину настила при заданном пролёте балок настила lн при lн=100 см.

где ;

qн –нормативная нагрузка на настил;

;

tн=1,16 см. По сортаменту принимаем tн=12 мм.

Настил крепится к балкам настила сплошными сварными швами.

Определим растягивающее усилие Н, действующее на 1 погонный длины шва:

где γf- коэффициент надежности по нагрузке (γf=1,05).

;

1. Расчет по металлу шва

- коэффициент глубины провара шва bf = 0,9 (табл. 34* СНиП II-23-81*)

- коэффициент условия работы шва gwf = 1 (по п.11.2 СНиП II-23-81*)

В соответствии с табл. 55 СНиП II-23-81* принимаем электроды типа Э42 для стали С245.

Расчетное сопротивление металла шва R wf = 180 МПа (по т.56 СНиП II-23-81*).

2.Расчет по металлу границы сплавления.

- коэффициент глубины провара шва bz = 1,05 (табл.34 СНиП II-23-81*)

- коэффициент условия работы шва = 0,45Run. По т.51* СНиП II-23-81*

для стали С245 Run =370 МПа.Rwz=0.45·370=166.5 МПа=16,65кН/см2.

gwz=1(по п.11.2 СНиП II-23-81*);

Принимаем требуемый катет шва kf=5 мм(в соответствии с табл.38 СНиП II-23-81*)

4.1.2.Расчет балок настила

Сбор нагрузки: Таблица 2

	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка,	f	Расчетная нагрузка,
1	Металло-цементный раствор t=30мм	0,75	1,3	0,975
2	Гидроизоляция:2 слоя рубероида на мастике	0,1	1,3	0,13
3	Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм	0,48	1,3	0,624
4	Стальной настил t=12мм	0,942	1,05	0,9891
5	Полезная нагрузка	28	1,05	29,4
	Итого:	30,272		32,1181

Определение удельного веса настила.

Рис.4

Погонная нагрузка на балку настила:

32,1181*1=32,1181 ;

Максимальный изгибающий момент от расчетной нагрузки:

Требуемый момент сопротивления при с1 = 1,1:

По сортаменту принимаем двутавр №12 ГОСТ 8239-89 (Iх=350см4, Wх=58,4см4, Sх=33,7 см3, b=64 мм, t=7,3 мм, d =4,8 мм, h = 120 мм, mбн =11,5 кг/м).

Проверка нормальных напряжений

;

Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2

25 < 26,4 - условие прочности выполняется

Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП II-23-81*

Аf=bt=6,4·0,73=4,672 см2;

Аw = (h-2t)d = (12-2·0,73)0,48 = 5,0592 см2

Þ с = 1,078=>

25,51 < 26,4 - условие прочности выполняется

Перерезывающая сила на опоре:

Qmax = qбн lбн × 0,5= 32,1181×2 × 0,5 = 32,1181 кН ;

Проверка касательных напряжений.

;

RS gс = = 14,94 кН/см2;

4,237<14.94=> условие выполняется.

Проверка жесткости.

;

lбн=200 см;

Е=2,06·104 кН/см2;

qн=0,0030272·100=0,30272 кН/см;

Jx=350 см4

0,00437>0,004=>жесткость балки не обеспечена.

По сортаменту принимаем двутавр №14 ГОСТ 8239-89 (Iх=572см4, Wх=81,7см4, Sх=46,8 см3, b=73 мм, t=7,5 мм, d =4,9 мм, h = 140 мм, mбн =13,7 кг/м).

Проверка нормальных напряжений

;

Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2

17,87 < 26,4 - условие прочности выполняется

Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП II-23-81*

Аf=bt=7,3·0,75=5,475 см2;

Аw = (h-2t)d = (14-2·0.75)0.49 = 6,125 см2

Þ с = 1,081=>

18,19 < 26,4 - условие прочности выполняется

Перерезывающая сила на опоре:

Qmax = qбн lбн × 0,5= 32,1181×2 × 0,5 = 32,1181 кН ;

Проверка касательных напряжений.

;

RS gс = = 14,94 кН/см2;

3,5<14.94=> условие выполняется.

Проверка жесткости.

;

lбн=200 см;

Е=2,06·104 кН/см2;

qн=0,0030272·100=0,30272 кН/см;

Jx=572 см4

0,0026<0,004=>жесткость балки обеспечена.

Вариант №2

Расчет настила

Принимаем сталь С245(т.к II гр.)

Рис. 6

Вид нагрузки
Металло-цементный раствор t=30мм	0,75	1,3	0,975
Гидроизоляция:2 слоя рубероида на мастике	0,1	1,3	0,13
Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм	0,48	1,3	0,624
Полезная нагрузка	28	1,05	29,4
Итого:	29,33		31,129

Сбор нагрузок: Таблица 4

Определим наименьшую толщину настила при заданном пролёте балок настила lн при lн=62,5 см.

где ;

qн –нормативная нагрузка на настил;

;

tн=0,73 см. По сортаменту принимаем tн=8 мм.

Настил крепится к балкам настила сплошными сварными швами.

Определим растягивающее усилие Н, действующее на 1 погонный длины шва:

где γf- коэффициент надежности по нагрузке (γf=1,05).

;

1. Расчет по металлу шва

- коэффициент глубины провара шва bf = 0,9 (табл. 34* СНиП II-23-81*)

- коэффициент условия работы шва gwf = 1 (по п.11.2 СНиП II-23-81*)

В соответствии с табл. 55 СНиП II-23-81* принимаем электроды типа Э42 для стали С245.

Расчетное сопротивление металла шва R wf = 180 МПа (по т.56 СНиП II-23-81*).

2.Расчет по металлу границы сплавления.

- коэффициент глубины провара шва bz = 1,05 (табл.34 СНиП II-23-81*)

- коэффициент условия работы шва = 0,45Run. По т.51* СНиП II-23-81*

для стали С245 Run =370 МПа.Rwz=0.45·370=166.5 МПа=16,65кН/см2.

gwz=1(по п.11.2 СНиП II-23-81*);

Принимаем требуемый катет шва kf=5 мм(в соответствии с табл.38 СНиП II-23-81*)

4.2.2.Расчет балок настила

Сбор нагрузки: Таблица 5

	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка,	f	Расчетная нагрузка,
1	Металло-цементный раствор t=30мм	0,75	1,3	0,975
2	Гидроизоляция:2 слоя рубероида на мастике	0,1	1,3	0,13
3	Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм	0,48	1,3	0,624
4	Стальной настил t=8мм	0,628	1,05	0,6594
5	Полезная нагрузка	28	1,05	29,4
	Итого:	29,958		31,7884

Определение удельного веса настила.

Рис.7

Погонная нагрузка на балку настила

31,7884*0,625=19,86775 ;

Максимальный изгибающий момент от расчетной нагрузки:

Требуемый момент сопротивления при с1 = 1,1:

По сортаменту принимаем двутавр №16 ГОСТ 8239-89 (Iх=873см4, Wх=109см4, Sх=62.3 см3, b=81 мм, t=7,8 мм, d =5.0 мм, h = 160 мм, mбн =15.9 кг/м).

Проверка нормальных напряжений

;

Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2

25.37 < 26,4 - условие прочности выполняется

Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП II-23-81*

Аf=bt=8.1·0,78=6.318м2;

Аw = (h-2t)d = (16-2·0,78)0,5 =7.22 см2

Þ с = 1,0825=>

25,78 < 26,4 - условие прочности выполняется

Перерезывающая сила на опоре:

Qmax = qбн lбн × 0,5= 19.86775×3.5 × 0,5 =34.76856 кН ;

Проверка касательных напряжений.

;

RS gс = = 14,94 кН/см2;

3.18<14.94=> условие выполняется.

Проверка жесткости.

;

lбн=350 см;

Е=2,06·104 кН/см2;

qн=0,0029958·62.5=0,1872375 кН/см;

Jx=873 см4

0,0058>0,004=>жесткость балки не обеспечена.

По сортаменту принимаем двутавр №18 ГОСТ 8239-89 (Iх=1290см4, Wх=143см4, Sх=81.4 см3, b=90 мм, t=8,1 мм, d =5,1 мм, h = 180 мм, mбн =18,4 кг/м).

Проверка нормальных напряжений

;

Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2

19,34 < 26,4 - условие прочности выполняется

Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП II-23-81*

Аf=bt=9·0,81=7,29 см2;

Аw = (h-2t)d = (18-2·0.81)0.51 =8,3538 см2

Þ с = 1,083=>

19,64 < 26,4 - условие прочности выполняется

Перерезывающая сила на опоре:

Qmax = qбн lбн × 0,5= 19,86775×3,5 × 0,5 = 34,76856 кН ;

Проверка касательных напряжений.

;

RS gс = = 14,94 кН/см2;

2,81<14.94=> условие выполняется.

Проверка жесткости.

;

lбн=350см;

Е=2,06·104 кН/см2;

qн=0,0029958·62,5=0,1872375 кН/см;

Jx=1290 см4

0,00393<0,004=>жесткость балки обеспечена.

Вариант №3

Расчет настила

Принимаем сталь С245(т.к II гр.)

Рис. 9

Вид нагрузки
Металло-цементный раствор t=30мм	0,75	1,3	0,975
Гидроизоляция:2 слоя рубероида на мастике	0,1	1,3	0,13
Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм	0,48	1,3	0,624
Полезная нагрузка	28	1,05	29,4
Итого:	29,33		31,129

Сбор нагрузок: Таблица 7

Определим наименьшую толщину настила при заданном пролёте балок настила lн при lн=125 см.

где ;

qн –нормативная нагрузка на настил;

;

tн=1,45 см. По сортаменту принимаем tн=16 мм.

Настил крепится к балкам настила сплошными сварными швами.

Определим растягивающее усилие Н, действующее на 1 погонный длины шва:

где γf- коэффициент надежности по нагрузке (γf=1,05).

;

1. Расчет по металлу шва

- коэффициент глубины провара шва bf = 0,9 (табл. 34* СНиП II-23-81*)

- коэффициент условия работы шва gwf = 1 (по п.11.2 СНиП II-23-81*)

В соответствии с табл. 55 СНиП II-23-81* принимаем электроды типа Э42 для стали С245.

Расчетное сопротивление металла шва R wf = 180 МПа (по т.56 СНиП II-23-81*).

2.Расчет по металлу границы сплавления.

- коэффициент глубины провара шва bz = 1,05 (табл.34 СНиП II-23-81*)

- коэффициент условия работы шва = 0,45Run. По т.51* СНиП II-23-81*

для стали С245 Run =370 МПа.Rwz=0.45·370=166.5 МПа=16,65кН/см2.

gwz=1(по п.11.2 СНиП II-23-81*);

Принимаем требуемый катет шва kf=5 мм(в соответствии с табл.38 СНиП II-23-81*)

Расчет балок настила

Сбор нагрузки: Таблица 8

	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка,	f	Расчетная нагрузка,
1	Металло-цементный раствор t=30мм	0,75	1,3	0,975
2	Гидроизоляция:2 слоя рубероида на мастике	0,1	1,3	0,13
3	Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм	0,48	1,3	0,624
4	Стальной настил t=16мм	1,256	1,05	1,3188
5	Полезная нагрузка	28	1,05	29,4
	Итого:	30,586		32,4478

Определение удельного веса настила.

Рис.10

Погонная нагрузка на балку настила

32,4478*1,25=40,55975 ;

Максимальный изгибающий момент от расчетной нагрузки:

Требуемый момент сопротивления при с1 = 1,1:

По сортаменту принимаем двутавр №14ГОСТ 8239-89 (Iх=572см4, Wх=81,7см4, Sх=46,8 см3, b=73 мм, t=7,5 мм, d =4,9 мм, h = 140 мм, mбн =13,7 кг/м).

;

Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2

22,57 < 26,4 - условие прочности выполняется

Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП II-23-81*

Аf=bt=7,3·0,75=5,475м2;

Аw = (h-2t)d = (14-2·0,75)0,49=6,125 см2

Þ с = 1,0806=>

22,97 < 26,4 - условие прочности выполняется

Перерезывающая сила на опоре:

Qmax = qбн lбн × 0,5= 40,55975×2 × 0,5 =40,55975кН ;

Проверка касательных напряжений.

;

RS gс = = 14,94 кН/см2;

4,4247<14.94=> условие выполняется.

Проверка жесткости.

;

lбн=350 см;

Е=2,06·104 кН/см2;

qн=0,0030586·125=0,382325 кН/см;

Jx=572 см4

0,0034>0,004=>жесткость балки обеспечена.

Проверка прочности

Момент инерции:

Момент сопротивления:

Статический момент:

;

Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2

25,29 < 26,4 - условие прочности выполняется.

Выбираем листовой прокат для поясов 530х20х14000, для стенки 1300х10х14000.

Т.к. пролет 14 м, то экономически целесообразно уменьшить сечение балки. Уменьшение сечения будем делать на расстоянии 1/6 пролета балки от опоры, т.е. х=2,33 м.

Рис. 15

С учетом собственного веса главной балки М/=1,02·2306=2352,12 кНм.

Определим требуемый момент сопротивления и момент инерции измененного сечения, исходя из прочности сварного стыкового шва, работающего на растяжение.

Принимаем пояс шириной 400 мм.

Уточним площадь сечения полки:

Af1= bf1 tf=40·2=80 см2.

Рис. 16

Геометрические характеристики сечения балки

Момент инерции

Момент сопротивления

Статический момент

18,6<22,44 кН/см2 -условие прочности выполняется.

Максимальное касательное напряжения в балке

RS gс = 0,58×24·1,1=15,3 кН/см2

10,06<15,3- проверка выполняется.

Общие сведения

Расчет колонны начинается с определения нагрузки. Продольная сила определяется по формуле

N=gLB,

где g – полная расчетная нагрузка на 1м2 перекрытия;

L и B – шаги по сетке колонн.

Выбирается расчетная схема колонны, которая устанавливается исходя из предполагаемой конструкции базы и оголовка.

В соответствии с принятой расчётной схемой определяется расчётная длина колонны

Центрально-сжатые колонны и стойки рассчитываются на прочность и устойчивость.

Прочность проверяют по формуле

а устойчивость по формуле