Обновлено: 15.05.2024

Кафедра : Промышленное и гражданское строительство

Пояснительная записка

к курсовой работе по металлическим конструкциям
«Балочная площадка промышленного здания»

Выполнила: студентка

группы ПГС-11, в/в, о/з

Ханжина Т.А .

Принял: Снарский С.В.

Введение

1. Исходные данные на проектирование стальной балочной клетки.

2. Конструктивная схема балочной клетки.

3. Расчёт настила.

3.1. Определение толщины листа настила.

3.2 . Определение растягивающего усилия.

3.3. Расчет толщины углового шва.
4. Расчёт балок настила.

4.1. Определение погонной нагрузки.

4.2. Определение максимального изгибающего момента.

4.3. Определение требуемого момента сопротивления.

4.4. Проверка прочности.

4.5. Проверка жесткости.
5. Расчет вспомогательной балки.

5.1. Определение погонной нагрузки.

5.2. Определение максимального изгибающего момента и перерезывающего усилия.

5.3. Определение требуемого момента сопротивления.

5.4. Проверка прочности.

5.5. Проверка касательных напряжений.

5.6. Проверка жесткости.

5.7. Проверка на прочность от местного давления.

5.8. Проверка общей устойчивости.
6. Проектирование и расчет главной балки.

6.1. Подбор сечения главной балки.

6.2. Поверка и обеспечение местной устойчивости элементов сечения главной балки.

6.2.1. Проверка устойчивости стенки балки.

6.3. Расчет поясных сварных швов.

6.4. Расчет болтового соединения вспомогательных балок с главной балкой.
7. Проектирование колонны сплошного сечения.

7.1. Расчет базы колонны.

7.2. Расчет оголовка колонны.
8.Список используемой литературы.

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, стальные колонны сплошного 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 II-23-81* «Стальные конструкции».

Выполнение расчётно-графической работы производится по заданным исходным данным.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Шаг колон: l= 8.0 м.

Высота этажа: H= 6 м.

Нормативная полезная нагрузка: qⁿ = 34кПа.

Нагрузка от пола: q2 = 1кПа

Класс бетона: В 7.5

Укрупнительные стыки балок: в/п б

Изменения по длине: нет

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО РАСЧЁТУ КОНСТРУКЦИЙ

Цель расчёта – обеспечить заданные условия эксплуатации и необходимую прочность и устойчивость при минимальном расходе материала и минимальных затратах труда на изготовление и монтаж. Расчёт проводится с использованием методов сопротивления материалов и строительной механики. Основной задачей этих методов является определение внутренних усилий, которые возникают в конструкциях под воздействием приложенных нагрузок.

Расчёт начинают с составления расчётных схем сооружения в целом и его отдельных элементов. Составлению расчётных схем должна предшествовать работа по компоновке отдельных конструкций с предварительной эскизной проработкой чертежей элементов и их сопряжений.

Определив по принятой расчётной схеме усилия в конструкции или её элементах (статический расчет), производят подбор их сечений (конструктивный расчёт), проверяют несущую способность и жесткость конструкций. Если хотя бы одна из проверок не удовлетворяется, уточняют размеры сечений.

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.

Схема стальной балочной клетки:

РАСЧЕТ НАСТИЛА.

Выбираем по СНиП II-23-81* сталь под стальной настил (табл.50) группа №3 С235 ГОСТ 27772-88 t=2-20 мм

Расчетная схема настила:

1 - настил, 2 - балка настила, 3 - сварные швы

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/мІ, 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).

При табличном методе подбора толщины стального настила при шаге балок настила 0,9 – 1,1 м и нагрузке 25 – 30 кПа толщина листа должна быть не менее 10 мм.

Определим наименьшую толщину настила при заданном пролёте балок настила l_н = 1000 мм.

q_н – нормативная нагрузка на настил:

- модуль упругости стали Е = 2,110 11 Па;

- коэффициент Пуассона для стали  = 0,3:

t_н=13 мм.
По сортаменту принимаем t_н=14 мм.

Сталь прокатная толстолистовая ГОСТ 19903-74, ширина листа 1000 мм и длина 7000 мм.

Настил крепится к балкам настила сплошными сварными швами.

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

где ?_f - коэффициент надежности по нагрузке ?_f =1,05):

1. 
   Расчет толщины углового шва, прикрепляющего настил к балкам настила.
   

1. Расчет по металлу шва:

• 
  коэффициент глубины провара шва _f = 0,9 (табл. 34 * СНиП II-23-81 * );
  
• 
  коэффициент условия работы шва w_f = 1 (по п.11.2 СНиП II-23-81 * );
  
• 
  коэффициент условия работы конструкции _с= 1 (по табл.6 * СНиП II-23-81 * ).
  

Расчетное сопротивление металла шва R _wf = 215 МПа (по т.56 СНиП II-23-81 * ):


2. Расчет по металлу границы сплавления:

• 
  коэффициент глубины провара шва _z = 1,05 табл.34 СНиП II-23-81 * );
  
• 
  расчетное сопротивление углового шва R_wz= 0,6R_y,
  
• 
  расчетное сопротивление по пределу текучести для стали С235
  
• 
  коэффициент условия работы шва _wz=1по п.11.2 СНиП II-23-81 * ):
  


По расчету получаем катет шва 2,1мм, а по СНиП II-23-81 минимальный катет шва 4мм.

Принимаем ручную сварку с электродами Э50, Э50А, марка проволоки СВ-08Г2С.

Курсовой проект - Расчет и конструирование балочной площадки




Курсовой проект МГСУ ПГС Балочная клетка ПЗ-20листов+чертеж А1 AutoCAD. Исходные данные к проектированию. Выбор схемы балочной клетки. Выбор вариантов компоновочных схем блочной клетки. Расчет балочной клетки нормального типа. Расчет балочной клетки усложненного типа. Расчет и конструирование главной балки. Подбор сечения главной балки. Определение высоты сечения главной балки. Определение размеров горизонтальных поясных листов. Изменение сечения.

Курсовой проект - Балочная клетка рабочей площадки №1

• формат doc, dwg
• размер 951.54 КБ
• добавлен 04 марта 2010 г.

Уральский государственный технический университет – УПИ Кафедра строительных конструкций Компоновка балочной клетки, Пояснительная Записка, Качественный Чертеж Автокад Расчет и конструирование балки настила Расчет и конструирование главной балки Опорный узел главной балки Монтажный узел Узел сопряжения главной балки и балки настила Расчет и конструирование колонны сплошного сечения Расчет и конструирование колонны сквозного сечения Расчет базы ко.

Курсовой проект - по МК

• формат docx, dwg
• размер 1.02 МБ
• добавлен 28 января 2012 г.

Уфимский государственный нефтяной технический университет (УГНТУ), ПГС. Проектирование балочной клетки рабочей площадки одноэтажного промышленного здания. Исходные данные для проектирования. Расчет стального настила. Компоновка балочной клетки и выбор варианта для детальной разработки. Нормальный тип балочной клетки. Усложненный тип балочной клетки. Расчет главной балки. Подбор сечения главной балки. Расчет поясных швов. Проверка общей устойчивос.

Курсовой проект - Проектирование балочной клетки из МК

• формат dwg, doc
• размер 698.89 КБ
• добавлен 21 ноября 2009 г.

МГСУ, специальность 290300(270102), курс 4, семестр 1(Вариант 17) Содержание. Исходные данные для курсового проекта. Общие данные. Общая характеристика рабочей площадки. Компоновка рабочей площадки. Расчет конструкций балочной клетки. Расчет стального плоского настила. Компоновка ячейки балочной клетки. Определение нормативных и расчетных нагрузок на балку настила. Выбор расчетной схемы. Подбор сечения балки настила. Проверка прочности и жесткос.

Курсовой проект - Проектирование конструкций балочной площадки

• формат doc, dwg
• размер 1.84 МБ
• добавлен 05 февраля 2010 г.

Металлические конструкции. М.: МГСУ, 2009г. -17с. Пояснительная записка + чертеж. Проектирование конструкций балочной площадки Курсовой проект с пояснительной запиской и чертежом в Автокаде. Исходные данные. Шаг колонн в продольном направлении А, м: 14 Шаг колонн в поперечном направлении В, м: 6 Габариты в плане: 3Ах3В Отметка верха настила, м: 7.5 Строительная высота перекрытия, м: не ограничена Временная равномерно распределенная нагрузка- q, к.

Курсовой проект - Проектирование рабочей площадки промышленного здания

• формат doc
• размер 323.08 КБ
• добавлен 15 сентября 2009 г.

Курсовой проект, ПГС, 3курс. ЧГУ Вариантное проектирование балочной клетки. Расчет главной балки, расчет колонн, расчет связей, компоновка схемы балочной клетки; подбор толщины стального настила и его проверка по деформации; подбор сечения балок настила; расчет центрально-сжатой колонны. Планы, разрезы, спецификации.

Курсовой проект - Расчет и конструирование основных несущих конструкций стальной балочной площадки

• формат dwg, doc
• размер 874.07 КБ
• добавлен 23 июня 2010 г.

Курсовой проект - Стальные конструкции балочной площадки

• формат dwg, doc
• размер 1.43 МБ
• добавлен 20 марта 2010 г.

Череповецкий Государственный Университет (ЧГУ), Промышленное и гражданское строительство (270102), 4 курс 1 семестр, 55 страниц, 2007 год Проект включает в себя пояснительную записку и графическую часть (чертеж) 1. Компоновка и выбор схемы балочной клетки. 1.1. Расчет настила. 1.2. Расчет балок настила и вспомогательных балок. 2. Расчет и конструирование главной балки. 2.1. Расчетная схема. Расчетные нагрузки и усилия. Определение высоты главной.

Курсовой проект-балочная клетка

• формат pdf, dwg, doc
• размер 1.53 МБ
• добавлен 20 октября 2011 г.

Состав курсовой работы. Разработка вариантов компоновки балочной клетки и их сравнение. Выбор варианта для дальнейшей разработки . Расчет и конструирование главной балки (включая стык на высоко-прочных болтах). Расчет и конструирование центрально сжатой колонны. Выполнение рабочих чертежей , отправочных элементов главной балки и колонны, вычерчивание монтажной схемы балочной клетки , отдельных узлов и сопряжении. Объем работы: графическа.

Шагивалеев К.Ф Айгумов М.М. Конструирование и расчет балочной площадки промышленного здания

• формат pdf
• размер 29.15 МБ
• добавлен 12 апреля 2011 г.

Учебное пособие- Саратов: Сар гос тех ун-т 2004. 51 с Работа представляет собой практическое пособие по проектированию конструкций балочной площадки промышленного здания( настила, прокатных и составных балок, колонны сквозной и постоянного сечения) Пособие ориентировано на выполнение курсовой работы "Балочная площадка промышленного здания" по дисциплине МК, но может быть использована в дипломном проектировании. Предназначена для студентов очной.

Стальные конструкции балочной площадки

Расчет и конструирование основных конструкций балочной площадки. Компоновка и выбор схемы клетки. Расчет балок настила и вспомогательных конструкций. Специфика проектирования устойчивости главной балки. Расчетные нагрузки и усилия. Подбор сечения поясов.

Рубрика	Строительство и архитектура
Вид	дипломная работа
Язык	русский
Дата добавления	12.11.2014
Размер файла	679,6 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Коэффициент _c следует определять по табл. 6*[3].

Местные напряжения в стенке под балкой настила

_loc = F / (t_wl_ef) = 111,8 / [1,218,9] = 4,93 кН/смІ.

Сжимающие нормальные и касательные напряжения у расчетной грани стенки:

_{loc loc}=0,4•4,93=1,972 кН/смІ

м=a/h₂=1,57

a/(h_w-h₁)=225/(203-60)=1,57 с₁=31,78;

Проверяем условие:

Условие выполняется !

2.9 Конструирование и расчет опорной части балки

Сопряжение балки со стальной колонной, примыкающей сверху, считается шарнирным, т.е. передающим только опорную реакцию. Передача опорной реакции V=Q_max происходит через опорное ребро, которое приваривают к торцу балки по всему контуру их примыкания угловыми швами (рис.9).

Нижний торец ребра выступает за грань нижнего пояса на 20мм (не более 1,5t_s) и его поверхность фрезеруется с целью плотного опирания на опорную плиту оголовка колонны

Главная балка опирается на колонну сверху и через опорное ребро, приваренное к торцу балки, передает на нее опорную реакцию V = Q_max = 1899 кН.

Принимаем конструкцию опорной части по варианту (рис. 9).

Рис.9. К расчету опорной части балки

Ширину опорного ребра принимаем = 400 мм.

Определяем толщину ребра из условия прочности на смятие торцевой поверхности

где R_p- расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности, R_p = R_u = 360 МПа (табл. 51 * .)

Принимаем ребро из листа 400х16 и проверяем устойчивость опорной части:

площадь сечения условной стойки (рис.9, сечение а-а)

Вычисляем момент инерции сечения относительно оси х₁ (рис. 9) без учета момента инерции участка стенки (ввиду малости), радиус инерции сечения и гибкость стойки с расчетной длиной равной высоте стенки.

По табл.72 в зависимости от значений _x1 = 21,4 и R_y = 240МПа определяем значение коэффициента продольного изгиба = 0,95.

Проверяем устойчивость опорного ребра:

Проверяем местную устойчивость опорного ребра (табл. 29 * ):

местная устойчивость ребра обеспечена.

Выполняем расчет угловых швов сварного соединения опорного ребра со стенкой (сварка полуавтоматическая сварочной проволокой Св-08Г2С, d = 1,4…2мм):

по металлу границы сплавления

Минимальный катет шва по табл.38 * [3] k_{f min} = 7мм.

Минимальный катет флангового шва из условия ?_w 85_fk_f:

Окончательно принимаем катет шва k_f = 9 мм.

2.10 Расчет и конструирование монтажного стыка балки на высокопрочных болтах

Монтажный стык запроектирован фланцевым соединением на высокопрочных болтах. Фланец взят конструктивно толщиной 1,4 см. Фланец скреплен с балкой ручной сваркой.

Высокопрочные болты изготавливают в различном климатическом исполнении из сталей 40Х «селект», 38ХС, 30Х3МФ, 30х2НМФА, диаметром от 16 до 48 мм. Наиболее распространенными являются высокопрочные болты из стали марки 40Х «селект» по ТУ 14-1-1237-75.

Болты следует размещать в соответствии с табл. 39 п.12.19 * [3], а именно шаг между центрами болтов в соединении устанавливать: минимальный - 2,5d, максимальный - 8d и 12t; расстояния от центра болта до края накладки: минимальное вдоль усилия - 2d, поперек усилия - 1,5d, максимальное 4d и 8t, где d - диаметр отверстия для болта; t - толщина наиболее тонкого наружного элемента.

Укрупнительный стык размещаем в середине пролета балки (х = 9 м). Усилия M и Q в расчетном сечении: М_max = 854550 кНсм; Q_max = 0 (см. п. 2.8). Конструкция стыка представлена на рис.10.

Рис. 10. Монтажный стык на высокопрочных болтах.

Стык осуществляем высокопрочными болтами диаметром 20мм из стали 40Х "селект", с временным сопротивлением материала болта разрыву R_bun = 1100МПа (табл.61); обработка поверхности газопламенная. Расчетное усилие N_b, которое может быть воспринято одним болтом, следует определять по формуле (129)[3]:

где R_bt=0,7R_bun= 0,71100 = 770МПа - расчетное сопротивление растяжению высокопрочных болтов;

A_bh = 2,45 см 2 - площадь сечения болта нетто, определяемая по таблице 62 * .

N_b = R_bt A_bn=77•2,45=188,65 кН.

Усилие на один болт от действия поперечной силы V = 0, так как Q = 0.

Для фланцевых соединений с весьма жесткими на изгиб фланцами можно допустить, что усилия в болтах распределяются пропорционально расстоянию от точки приложения равнодействующей силы в сжатой зоне, например от серединной плоскости сжатого пояса до болта. Тогда усилие в наиболее напряженном крайнем болте будет:

где n_i - количество болтов в i-ом ряду; m - число рядов;

x_i - расстояние от центра тяжести верхнего пояса до середины i-го болта;

X_max - расстояние от центра тяжести верхнего пояса до нижнего болта;

Равнодействующее усилие от момента и поперечной силы в наиболее напряженных крайних болтах стенки

прочность стенки обеспечена.

3. Расчет и конструирование колонны

Колонны предназначены для передачи нагрузки от главных балок на фундаменты и состоят из трех частей: верхней - оголовок, воспринимающей нагрузку от балок; средней - стержень, передающей нагрузку от оголовка на базу и нижней - базы, передающей нагрузку от стержня на фундамент.

По типу сечения колонны бывают сплошные или сквозные. Стержень колонны сплошного сечения проектируют в виде широкополочного двутавра типа К (колонный) или сварного (составного) двутавра. Стержень сквозной центрально сжатой колонны обычно состоит из двух ветвей (швеллеров или двутавров), связанных между собой решетками.

Расчет колонны включает в себя: выбор типа сечения стержня, установление расчетной схемы, подбор сечения и проверку устойчивости стержня, расчет и конструирование оголовка и базы колонны. При выборе типа сечения стержня колонны необходимо учитывать величину нагрузки, действующей на колонну.

3.1 Стержень колонны

Расчетная схема колонны должна соответствовать принятому конструктивному решению узла сопряжения главной балки с оголовком, базы колонны с фундаментом. Поэтому в зависимости от конструктивных решений узлов колонны ее следует рассматривать как защемленную или шарнирно опертую. Верхняя часть стержня колонны большей частью принимается шарнирной.

Нижний конец колонны рассматривается шарнирно закрепленным, если опорная плита базы непосредственно закреплена в фундаменте двумя фиксирующими анкерными болтами d = 20…30 мм, а жестко закрепленным, если база колонны закреплена в фундаменте не менее чем четырьмя анкерными болтами d = 24…36мм посредством специальных столиков.

В соответствии с принятым характером закрепления концов колонны расчетная (приведенная) длина стержня колонны l_ef определяется по формуле

где - коэффициент приведения длины.

Расчетное значение продольного усилия сжатия, возникающего в поперечном сечении стержня колонны среднего ряда, может быть вычислено по формуле:

конструкция балка нагрузка

Настоящая курсовая расчетно-графическая работа «Стальные конструкции балочной площадки» представляет собой расчет и конструирования основных конструкций балочной площадки.

Шаг колонн в продольном направлении L = 18 м.

Шаг колонн в поперечном направлении B = 8 м.

Габариты площадки в плане: 2L x 2B.

Отметка верха настила Н = 13,6м.

Строительная высота перекрытия h_стр = 2,6 м.

Временная (полезная) равномерно распределенная нагрузка =20,5 кН/м 2 .

настила - сталь С235,

балок настила и вспомогательных - сталь С245,

главных балок - сталь С245,

колонн - сталь С245,

фундаментов - бетон В12,5.

Допустимый относительный прогиб настила - 1/150.

Тип колонны - сплошная и сквозная.

рассматривается два варианта балочной клетки нормального типа и один усложненного типа со стальным настилом;

соединение колонн с фундаментами принято шарнирным, а примыкание балок к колоннам - сверху;

неизменяемость балочной площадки в поперечном направлении обеспечивается вертикальными связями по колоннам, а в продольном - присоединением площадки к неподвижной системе.

1. Компоновка и выбор схемы балочной клетки

Балочные клетки по схеме расположения балок подразделяются на два основных типа: нормальный и усложненный (рис.1).

В балочной клетке нормального типа (рис.1,а, б) нагрузка с настила непосредственно через балки настила передается на главные балки, опирающиеся на колонны или другие несущие конструкции. В балочной клетке усложненного типа (рис.1,в) балки настила опираются на вспомогательные балки, которые крепятся в свою очередь к главным балкам.

Рациональная конструктивная схема балочной площадки зависит прежде всего от шага балок настила. Для технико-экономического сравнения рассматривают несколько вариантов балочной клетки (например - два варианта нормальной и один вариант усложненной балочной клетки рис. 1). Шаг балок настила принимают в пределах а = 0,6…1,6 м (в зависимости от несущей способности стального листового настила), а вспомогательных балок - в пределах b = 2…5 м. Крайние балки настила (нормальный вариант балочной клетки), как правило, совмещают с разбивочными осями, а вспомогательные - (усложненный вариант балочной клетки) привязывают к разбивочным осям расстоянием, равным b/2.

Сопряжение балок по высоте может быть поэтажным, в одном уровне и пониженным (рис. 5). При поэтажном способе сопряжения балок (рис.5,а) балки одного направления (настила) укладывают поверх балок перпендикулярного им направления (главные балки). Такой вариант наиболее прост и удобен в монтажом отношении, но требует наибольшей строительной высоты перекрытия - h_стр. При сопряжении в одном уровне (рис. 5,в) верхние полки балок настила и главных балок расположены в одном уровне, а на них опирается настил. Этот вариант сопряжения балок позволяет увеличить высоту главной балки в пределах заданной строительной высоты перекрытия. Пониженное сопряжение (рис.5,в) применяют в балочных клетках усложненного типа. При таком варианте вспомогательные балки примыкают к главным ниже их верхнего пояса, а балки настила располагают поэтажно по отношению к вспомогательным.

Толщину стального прокатного листа настила назначают в зависимости от интенсивности полезной нагрузки. В курсовой работе толщину листа следует принимать: = 11. 20 кН/м 2 ; t_н = 10. 12мм

1.1 Расчет настила

Для стального настила применяют плоские листы толщиной 6. 16мм, которые располагают на балках настила (рис.2,а) и приваривают непрерывными сварными швами. Приварка настила к балкам делает невозможным сближение опор настила при его прогибе под нагрузкой. Поэтому расчетная схема настила (рис.2,б) представляет собой закрепленную шарнирно-неподвижную на опорах полосу единичной ширины, испытывающую по действием поперечной силы изгиб по цилиндрической поверхности (, с.130; , с.462).

Значение предельного пролета настила из условия обеспечения его жесткости (рис.2) вычисляют по формуле

где E = 2,06 10 5 МПа - модуль упругости стали;

= 0,3 - коэффициент поперечной деформации стали (Пуассона);

n₀ - заданное отношение пролета настила к его предельному прогибу, n₀ = l / f .

Шаг балок настила (а) устанавливают по вычисленному размеру пролета настила (l_н). Для этого значение n = L/l_н округляют до целого числа и вычисляют уточненное значение шага балок настила.

Усилие (распор) Н, на действие которого надо проверить сварные швы, прикрепляющие настил к поддерживающим его балкам, можно определить по приближенной формуле (7.3) [1]

В соответствии с интенсивностью заданной полезной нагрузки, =20,5кН/м, назначаем толщину листов плоского стального настила: вариант I - t_н = 10 мм; вариант II - t_н =12 мм; вариант III - t_н =10 мм. Материал настила - сталь С235. Отношение пролета настила к его предельному прогибу, n₀ = l / f, принимаем 150.

Для намеченных вариантов конструктивных схем балочной клетки рассчитываем настил, балки настила, вспомогательные балки и определяем технико-экономические показатели рассмотренных вариантов из условия обеспечения наименьших затрат металла.

Нагрузки на расчетную полосу шириной 1см:

q_n = 10 -4 =20,5•10 -4 кН/см =20,5 Н/см;

q = _f 10 -4 = 1,220,510 -4 =24,6•10 -4 кН/см =2,46 Н/см,

где =20,5Н/м 2 - полезная нагрузка в соответствии с заданием;

_f = 1,2 - коэффициент надежности по нагрузке для временной нагрузки.

Рис. 1 Варианты балочных клеток 1-главная балка; 2-балка настила; 3-вспомогательная балка.

Определяем расчетный пролет настила (исходя из несущей способности намеченных вариантов настила):

Число балок настила:

Вариант I: n=L/л_H=18/1.125?16 схема растоновки на рисунке 1а.

Вариант 2: n=L/л_H=18000/1286?14 схема растоновки на рисунке 1б.

Вариант 3: n = B/?_н = 8/1 = 8 принимаем n = 8, тогда возможный шаг балок настила а = 1м. Схема расстановки балок настила показана на рис.1.в

Определяем усилие Н, на действие которого надо проверить сварные швы, прикрепляющие настил к поддерживающим его балкам:

Прикрепление настила к поддерживающим ее конструкциям выполняем полуавтоматической сваркой в углекислом газе ( по ГОСТ 8050-85) в нижнем положении (проволока марки Св-08 d=1,4…2мм). Для этих условий и стали С235: R_wf=180МПа; R_wz== Учитывая, что расчетный катет углового шва вычисляем по формуле 120 [3]

где l_w = 1 см - расчетная длина шва;

_f = 0,9 и =1,05 - коэффициент по таблице 34 * ;

_wf = 1 - коэффициент условий работы шва (п.11.2 * );

- расчетное сопротивление сварного шва по металлу шва, табл.56;

R_un - нормативное сопротивление листового проката, табл.51 *

в соответствие табл.38 * принимаем минимально допустимый катет шва k_f = 5 мм;

Проектирование конструкции стальной балочной клетки рабочей площадки промышленного здания

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Кафедра "Строительные конструкции"

Проектирование конструкции стальной балочной клетки

рабочей площадки промышленного здания

Выполнил: Терентьева Ю.К.

Проверил: Тимохин А.В.

Хабаровск

1. Исходные данные на проектирование стальной балочной клетки.

2. Расчет стальной балочной клетки.

2.1. Разработка вариантов стальной балочной клетки.

2.1.1. Вариант 1. Балочная клетка нормального типа.

2.1.2. Вариант 2. Балочная клетка усложненного типа.

2.2. Проектирование составной сварной главной балки.

2.2.1. Подбор сечения главной балки

2.2.2. Проверка прочности главной балки

2.2.3. Проверка прогиба главной балки.

2.2.4. Определение типа сопряжения вспомогательной и главной балок.

2.2.5. Изменение сечения главной балки.

2.2.6. Расчет поясных сварных швов.

2.2.7. Проверка на устойчивость сжатой полки.

2.2.8. Проверка устойчивости стенки балки.

2.2.9. Расчет опорного ребра жесткости главной балки.

2.2.10. Расчет болтового соединения

2.3. Проектирование колонны сплошного сечения

2.3.1. Расчетная длина колонны и сбор нагрузки

2.3.2. Подбор сечения колонны

2.3.3. Проверка устойчивости полки и стенки колонны.

2.3.4. Расчет базы колонны.

2.3.5. Расчет оголовка колонны.

1. Исходные данные на проектирование стальной балочной клетки

Рабочие площадки служат для размещения производственного оборудования на определенной высоте в помещении цеха промышленного здания. В конструкцию площадки входят колонны, балки, настил и связи (рис. 1). Система несущих балок стального покрытия называется балочной клеткой.

Балочные клетки могут быть упрощенного, нормального или усложненного типа (рис.2)

временная нагрузка - q Н ₀ = 12 кН/м 2 ;

толщина настила площадки нормального типа - 12 мм

толщина настила площадки усложненного типа - 6 мм

пролет главной балки - 17,50 м

пролет вспомогательной балки - 7,00 м

габарит помещения под перекрытием - h = 6,6 м

отметка верха настила (ОВН) - Н = 8,4 м

тип сечения колонны - сплошная

сталь настила и прокатных балок - С235

сталь главной балки и колонны - С375

2. Расчет стальной балочной клетки

2.1. Разработка вариантов стальной балочной клетки

2.1.1. Вариант 1. Балочная клетка нормального типа

Сбор нагрузки на 1 м 2 настила.

Нормативная нагрузка, кН/м 2

Расчетная нагрузка, кН/м 2

Временная нагрузка - Р

Собственный все настила

где удельный вес стали-

 =   g = 7850  9,81 10 -3

Средняя величина коэффициента надежности по нагрузке

Примем расчетную схему настила (рис.4)

Сварные швы крепления настила к балкам не дают возможности его опорам сближаться при изгибе. Поэтому в настиле возникают растягивающие цепные усилия Н. Изгиб настила происходит по цилиндрической поверхности. Цилиндрический модуль упругости стали определяется по формуле:

В расчете определим наибольший пролет полосы настила единичной ширины при заданной толщине листа t_Н = 0,012 м и предельном прогибе

, коэффициент  найдем по формулам.

Проверка прочности полосы настила шириной b = 1 м.

Принимаем К_f = К_fmin = 5 мм

Расчет балки настила

Балку рассчитываем как свободно опертую, загруженную равномерной нагрузкой. Пролет равен шагу главных балок 7 м.

Погонную нагрузку собираем с полосы шириной, равной пролету настила L_Н = 1,944 м.

а) нормативная нагрузка:

q H _б = q n L_H + g H _б = q n L_H + 0,02 q n L_H = 12,924  1,944 + 0,02  12,924  1,944 = 25,63 кН/м, где в первом приближении вес балки принимаем равным 2% от нагрузки.

б) расчетная нагрузка:

q_б = q L_H + g H _бf = 15,37  1,944 + 0,502  1,05 = 30,41 кН/м

Изгибающий момент от расчетной нагрузки

где с₁ = 1,1 - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в первом приближении.

Требуемый момент инерции по предельному прогибу (при L_бн = 7 м n₀ = 202,78)

Высота покрытия по главным балкам определяется как высота балки настила плюс толщина настила: h _П = h_бн + t_н = 392 + 12 = 404 мм

Расход стали на настил и балки настила

m₁ =  t_н + m_б/L_н = 7850  0,012+ 48,1/1,944 = 118,94 кг/м 2 .

2.1.2. Вариант 2. Балочная клетка усложненного типа

Сбор нагрузки на 1 м 2 настила

Принимаем пролет настила 0,875 м. Пролет укладывается по длине вспомогательной балки 8 раз. n₀ = 120.

Пролет балки настила принимаем 2,5 м.

Схема разбивки главной балки на панели 1,25 м + 6  2,5 м + 1,25 м (рис.6)

Проверка прогиба настила.

Балочный прогиб , - проверка жесткости настила удовлетворяется

Проверка прочности настила.

Момент сопротивления настила:

Временная нагрузка Р

Вес балки настила

Вес вспомогательной балки

(принимаем вес двутавра № 16)

Средняя величина коэффициента

Сечение составной сварной балки состоит из трех листов: вертикального - стенки и двух горизонтальных - полок (рис. 9).

Расчетный изгибающий момент

М_max = 9(G+P)L_бн - 4,5(G+P)L_бн = 4,5(G+P)L_бн = 4,5272,5252,5 = 3065,91 кНм

Для принятой толщины листов полок t_f ? 20 мм расчетное сопротивление стали С375 равно R_у =345 МПа. Коэффициент условия работы _с =1. В первом приближении с₁ = 1,1.

Требуемый момент сопротивления:


- отношения высоты балки к толщине стенки в пределах k_W = 125…140. Принимаем k_W = 130.

2) оптимальная высота балки из условия жесткости:

Выбор высоты балки

Т.к. h_min  h_оптW  h_опт,f , принимаем h = h_оптW

Высота главной балки должна соответствовать наибольшей строительной высоте перекрытия согласно заданию:

h ? h_{c max} - t_н,

где t_н - толщина настила.

Наибольшая строительная высота перекрытия определяется разностью отметок верха настила и габарита помещения под перекрытием:

h_{c max} = 8,4 - 6,6 = 1,8 м

Т.к. h = 1199 см  h_{c max} - t_н = 1800 - 6 = 1794 мм -оставляем выбранную высоту h = 1199 см.

Принимаем толстолистовую сталь шириной 1250 мм. С учетом обрезки кромок с двух сторон по 5 мм h_W = 1250 -10 = 1240 мм.

По коэффициенту k_W = 130 определяем толщину стенки: t_W = h_W /k_W = 1240/130 = 9, 5 мм. Принимаем t_W =10 мм. Толщину полок назначим равной t_f =18 ? 3 t_W = 30 мм.

Полная высота балки:

h = h_W + 2 t_f = 1240 + 218 = 1276 мм

Момент инерции стенки:

В расчете было принято 1,8 см, что больше t_f = 1,42 см.

Ширину полки назначаем из условия

R_S _с = 0,583451=200,1 МПа - проверка удовлетворяется

- условие жесткости балки удовлетворяется.

Суммарная высота элементов перекрытия: настила, балки настила, вспомогательной и главной балок

h= t_Н + h_бн + h_в + h_г = 6 + 100 + 392 + 1276 = 1774 мм

Ранее была найдена наибольшая строительная высота перекрытия h_c,max = =1,8 м. Принимаем пониженное сопряжение вспомогательной и главной балок.

С целью экономии материала уменьшаем сечение приопорного участка балки за счет уменьшения ширины поясов на участке балки от опоры до сечения, расположенного на расстоянии равном 1/6 пролета балки: 17,5/6 = 2,92 м. Ширина пояса балки b`_f должна соответствовать ширине листа универсальной стали по сортаменту и быть не менее

b`<sub>f</sub>  180мм, b`_f  0,1h; b`_f  0,5 b_f ,

т.е., 0,1h=127,6 мм; 0,5 b_f = 0,5360 = 180 мм.

По сортаменту принимаем b`_f = 200 мм.

Геометрические характеристики сечения балки на приопорных участках:

А = 2А_f + А_W = 2201,8+1,0124 = 196 см 2

- статический момент полки относительно оси Х-Х

S_Х = t_f b_f(0,5h_W + 0,5t_f) = 1,8  20  0,5(124+1,8) = 2264,4 см 3

- статический момент полусечения относительно оси Х-Х

S_Х = S_f +0,125 t_W h 2 _W = 2264,4+0.125124 2 1 = 4186,4 см 3

Расчетные усилия в месте изменения сечения.

М= R_а  2,92 - (G+Р)(2,92-1,25)=3(G+Р)  2,92-1,67(G+Р) = 7,09 (G+Р) = 7,09  271= 1923,0 кН

Q = Q_max - (G+P)= 813,69 - 271,23 = 542,46 кН

Проверка напряжений

а) в месте изменения сечения

- максимальные нормальные напряжения

Определим требуемую высоту катета К_f поясного шва "в лодочку".

1. Расчет по металлу шва.

Коэффициент глубины провара шва _f =1,1 (СНиП II-23-81 * , табл.34)

Коэффициент условия работы  _wf = 1 (СНиП II-23-81 * , пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R _wf =240 МПа

_f  _wf R _wf = 1,1 1240 = 264 МПа

2. Расчет по металлу границы сплавления.

Коэффициент глубины провара шва _z =1,15 (СНиП II-23-81 * , табл.34)

Коэффициент условия работы  _wz = 1 (СНиП II-23-81 * , пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R _wz =0,45 R _un = 0,45 490 = 220,5 МПа

_z  _wz R _wz = 1,1 1220,5 = 253,6 МПа

Сравнивания полученные величины, находим

(  _w R _w)_min = 253,6 МПа

Высота катета поясного шва должна быть не менее

, где расчетная ширина свеса полки b_ef равна:

Т.к. сопряжение балок выполняется в пониженном уровне, установку поперечных ребер предусматриваем с шагом 2,0 м.

Ширина ребер должна быть не менее

По табл. 21, 22 СНиП II-23-81 * определяем при  =  и  = , с_cr = 35,5

Критические касательные напряжения

Проверка устойчивости стенки

Проверка устойчивости удовлетворяется.

Принимаем сопряжение балки с колонной шарнирным, с опиранием на колонну сверху. Опорное ребро жесткости крепится сварными швами к стенке балки. Нижний торец опорного ребра балки остроган для непосредственной передачи давления на колонну.

Толщина опорного ребра определяется из расчета на смятие его торца

Расчет катета сварных швов крепления ребра к стенке балки:

По толщине более толстого из свариваемых элементов принимаем катет шва K_f = 5 мм.

Сопряжение вспомогательной балки с главной выполняется поэтажно.

При пяти грузах в пролете опорная реакция вспомогательной балки равна

R_A = 3,5 (G+P) = 3,533,248 = 116,4 кН

Принимаем болты нормальной точности (класс В), класс по прочности – 4,6, диаметром 20 мм. Расчетное сопротивление срезу болтов для принятого класса прочности R_bs = 150 Мпа.

Расчетные усилия, которые может выдержать один болт:

где R_bs = 150 МПа,

_b = 0,9 – коэффициент условия работы,

n_s = 1 – число срезов болта.

А = d 2 /4 = 3,14 2 2,0 2 /4 = 3,14 см 2 – расчетная площадь сечения болта

N_bs = 150 10 3 0,9  3,14  10 -4 = 42,39 кН.

N_b = R_{bр } _{b } d   t_min,

R_bр = 690 МПа – расчетное сопротивление на смятие для стали при R_UM = 490 МПа

 t_min = 10 мм – толщина стенки балки и ребра.

N_b = 690 _ 10 3 0,9  20 10 -3 10 10 -3 = 124,2 кН.

Сравнивая результаты, принимаем меньшее N_bs,min = 42,39 кН.

Требуемое количество болтов в соединении

Расход стали на перекрытие

Коэффициент продольного изгиба:

Недонапряжение составляет 1,2%.

Проверка предельной гибкости.

_U=180 - 60 =180 – 60  0,987 = 120,78

Наибольшее отношение при условии выполнения устойчивости полки равно 17,72. Т.к. ; _UW = 1,2+0,35 = 1,2+0,35  3,65 = 2,5

Принимаем по сортаменту универсальной стали L_пл = 530 мм.

Получаем размеры плиты базы в плане

L_пл  В_пл = 530  480 мм с площадью А_пл = 0,25 м 2 .

Назначаем размеры верхнего обреза фундамента

В_ф = В_пл + 20 см = 48 + 20 = 68 см

L_ф = L_пл + 20 см = 53 + 20 = 73 см

Площадь А_ф = 0,50 м 2

Уточним сопротивление бетона смятию

R_в,loc = 1,26  7,5  0,9 = 8,51 Мпа

Проверим бетон на смятие под плитой базы:

Выделим три участка плиты с характерными схемами закрепления.

Изгибающие моменты в плите на участках:

М₁ =   _{Р } в 2

в = 50 мм;  = 0,5; _Р = 7,85 Мпа

М₁ = 0,5  7,85  10 3  0,05 2 = 9,81 кНм

Отношение сторон а/в = 0,075/0,36 = 0,208

Т.к. отношение сторон меньше 0,5, выполняем расчет как для консоли

М₂ = 0,5  7,85  10 3  0,075 2 = 22,08 кНм

Отношение сторон 2,07, отсюда  = 0,125

М₃ = 0,125  7,85  10 3  0,174 2 = 2,971 кН

По наибольшему моменту на участке М_max = 29,71 кН.

Определим требуемую толщину плиты:

В соответствии с требованиями СНиП, расчетная длина флангового шва должна быть не более 85_fk_f = 85 0,7  0,01 = 0,6 м, в расчете l_W = 0,30 м. По сортаменту универсальной стали принимаем h_тр = 400 мм.

Расчет катета сварного шва крепления траверсы к плите.

При вычислении суммарной длины швов учитывается непровар по 1 см на каждый шов.

l_W = 2(2L_пл – h) - 23 = 2(256 – 38) –6 = 142 см.

Требуемый по расчету катет:

Здесь катет шва не может быть более k_{f } 1,2t_W = 1,2  12 = 14,4 мм.

Длина сварного шва не должна быть более l_{W max} = 85_{f } k_f = 85  0,7  0,9  10 -2 = 0,54 м. Принимаем k_f = 0,9 см и высоту ребра 0,5 м.

Т.к. Стенка колонны тоньше примыкающих ребер (t_W = 12 мм * .Стальные конструкции/Госстрой России. – М.:ЦИТП Госстроя России, 1998 –96 с.

Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов/Под общ. ред. Е.И. Беленя. – М.: Стройиздат, 1985 – 560 с.

Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций: Учебное пособие для техникумов, 1991 – 431 с.

Танаев В.А. Проектирование стальной балочной клетки. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. – Хабаровск, 2000 – 71 с.

Читайте также:

  
• Сталь оцинкованная угловая 40х40х4мм
  
• Стальные мелющие шары производство
  
• Ботинки тофф труд пу цв чер сталь 200дж
  
• Какие условия охлаждения должны соблюдаться при проведении отжига стальных конструкций
  
• Монтаж стальной полосы заземления