Задание и исходные данные Содержание

Дата: 2025-04-30; Просмотры: 3

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Задание и исходные данные

Введение. 4

1. Расчет настила и прокатных балок балочной клетки. 4

1.1. Расчет стального настила. 4

1.2. Расчет балки настила. 5

1.3. Расчет вспомогательной балки. 7

2. Расчет сварной главной балки. 10

2.1. Расчетная схема. Нагрузки. Усилия. 10

2.2. Подбор сечения. 11

2.3. Опорная часть. 14

2.4. 2.4. Конструктивное обеспечение устойчивости стенки. 16

2.5. Проверки прочности, жесткости и устойчивости балки и ее элементов. 17

3. Расчет колонны сплошного сечения. 20

3.1. Расчетная схема. Усилия. 20

3.2. Подбор сечения стержня колонны.. 21

3.3. Проверки жесткости, общей и местной устойчивости колонны и ее элементов. 23

3.4. Конструирование и расчет оголовка. 24

3.5. Конструирование и расчет базы колонны. 25

4. Конструирование и расчет узлов сопряжения элементов балочной клетки. 28

4.1. Расчет прикрепления настила. 28

4.2. Расчет и конструирование узла пониженного опирания балок 28

4.4. Конструирование равнопрочного монтажного (укрупнительного) узла главной балки. 29

Литература. 31

Введение

Широкое применение в строительстве металлических конструкций позволяет проектировать сборные элементы зданий и сооружений сравнительно малой массы, организовывать поточное производство конструкций на заводах и поточный или поточно-блочный монтаж их на строительной площадке, ускоряет ввод объектов в эксплуатацию.

1. Расчет настила и прокатных балок балочной клетки

1.1. Расчет стального настила

Так как полезная нагрузка на настил 20 кПа (20 кН/м²) его толщина t_n и пролет определяется только жесткостью.

Полезная нагрузка: 20 кПа.

Принята толщина настила 10 мм.

;

где - нормативная нагрузка на настил, кПа ,

;

- расход стали от настила, кг/м²

- коэффициент надежности по назначению;

Е – модуль продольной упругости стали, Е=21000 кН/см².

Таблица 1. Отношение пролета настила к его вертикальному допускаемому прогибу (n_o) для конструкций балочной клетки рабочей площадки

Требуемый пролет в свету (между балками настила) равен .

Количество балок настила . Принимаем 8 шт.

Окончательное расстояние между балками настила принято кратным длине вспомогательной балки

1.2. Расчет балки настила

где - расчетное сопротивление материала балок настила и вспомогательных балок, =24.5кН/см²;

В – шаг главных балок в балочной клетке рабочей площадки, В = 10м.

Рис. 1. Схема балочной клетки усложненного типа:

К – колонны; БН – балки настила; БВ – балки вспомогательные;

БГ1, БГ2 – заводские части (марки) главных балок

С целью типизации конструкций шаг вспомогательных балок увязана с длиной главной балки L = = 18м, т. е. уложена на ней целым числом.

Количество вспомогательных балок

Принимаю 6 шт.,

Нормативная нагрузка на балку, кН/м,

,

где - коэффициент, учитывающий нагрузку от собственного веса балки настила, , ℓ_n =1,25- пролет настила.

Расчетная нагрузка на балку, кН/м,

где - коэффициент надежности по полезной нагрузке (задается заданием на проектирование), =1,1;

- коэффициент надежности по нагрузке от собственного веса стальных конструкций, он принят равным 1,05.

Рис. 2. Расчетная схема балки настила

Для подбора сечения балки необходимы усилия:

- максимальный расчетный изгибающий момент, кН∙м, ;

- максимальный нормативный изгибающий момент, кН∙м, ;

- максимальное расчетное перерезывающее усилие (опорная реакция балки),кН,

.

Минимальный из условия прочности момент сопротивления сечения балки настила:

,

R_y – расчетное сопротивление материала балки, кН/см²;

- коэффициент условия работы балки. В курсовом проекте принят равным 0.9;

Минимальный из условия жесткости момент инерции сечения балки:

Для принимаю .

По требуемым величинам и из сортамента на прокатные - по ГОСТ 26020-83 выбирается двутавр с минимальной погонной массой . В нашем случае он принимается за оптимальное сечение балки настила.

ГОСТ 26020-83, двутавр №18Б2

1.3. Расчет вспомогательной балки

Вспомогательные балки, как и балки настила, опираются шарнирно на главные балки. При этом их пролет принят равным шагу главных балок, т. е. , а расчетная схема – аналогична расчетной схеме балки настил.

Нормативная нагрузка на балку, кН/м,

где - расход стали, кг/м², от балок настила ;

- погонная масса принятой балки настила определена по сортаменту, кг/м .

- коэффициент, учитывающий нагрузку от собственного веса вспомогательной балки, .

Расчетная нагрузка на балку, кН/м,

.

Максимальные усилия в балке:

;

;

.

Требуемый момент сопротивления:

.

Требуемый момент инерции:

Для принимаю .

ГОСТ 26020-83, двутавр №70Б1

Рис.3 Поперечное сечение второстепенной балки

Необходимо проверить принятое сечение балки на прочность по формуле

,

,

- Условие выполняется.

где W _х – момент сопротивления сечения двутавра балки, см³, (принятый по сортаменту).

2. Расчет сварной главной балки

2.1. Расчетная схема. Нагрузки. Усилия

В принятой схеме балочной клетки на промежуточную главную балку с шагом ℓ_bn =3м (рис. 4) опираются (с двух сторон) вспомогательные балки. На главную балку второстепенные балки опираются в 2 точках.

Рис. 4. Расчетная схема главной балки

Нормативная нагрузка:

Расчетная нагрузка:

где В – шаг главных балок, В=10м;

- коэффициент, учитывающий нагрузку от собственного веса главной балки, принят равным 1,05;

- расход стали, кг/м², от вспомогательных балок

Главные балки в курсовом проекте приняты разрезными с опиранием на колонны сверху, т.е. шарнирно. За расчетный пролет главной балки принято расстояние между осями колонн, т. е. .

При трех или двух точках опирания вспомогательных балок на главную балку усилия в последней определяются по правилам строительной механики или по формулам:

; ; ; ,

где - коэффициент, принимаемый по табл. 3, = 8.

Максимальные усилия в балке:

;

;

;

Коэффициенты, используемые при вычислениях минимальной высоты главной балки при числе точек опирания вспомогательных балок n =6:

=0,211, =1,042, изгибающий момент в главной балке =8 и оптимальное расстояния от края балки до мест изменения ее сечения =0,167.

2.2. Подбор сечения

Подбор сечения сварной балки в средней зоне длины заключается в назначении

размеров сечения стенки и полок (рис. 4), обеспечивающих надлежащую прочность, устойчивость и жесткость их и балки в целом.

Подбор сечения балки начинается с назначения ее высоты, которая определяется условиями жесткости, минимума расхода стали и увязывается с заданной строительной высотой балочной клетки.

Минимальная высота балки, h_min, (высота из условия жесткости):

,

где - коэффициент, зависящий от количества точек опирания вспомогательных балок в пролете главной балки,

- расчетное сопротивление листовой стали, из которой изготовлена главная балка, кН/см²;

- коэффициент увеличения прогиба балки с переменным сечением по ее длине;

- усредненный коэффициент надежности по нагрузкам на главную балку, равный .

Высота балки, см, при которой ее масса будет минимальной:

,

где - коэффициент, принимаемый по табл. 4;

- требуемый момент сопротивления сечения балки, см³, определенный без учета развития пластических деформаций .

Таблица 3. Величина коэффициента в формуле оптимальной высоты балки

Вид балки	при расчете по упругой стадии
Сварная постоянного сечения	3,14
Сварная переменного сечения	2,76

Окончательная высота стенки балки принята 1.4 м.

Определение толщины стенки:

Из условия прочности на срез толщина стенки, см, определяю формулой

,

где 1,2 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения касательных напряжений в сечении стенки;

R_s – расчетное сопротивление стали стенки на срез, кН/см², .

С целью обеспечения местной устойчивости толщина стенки, см , принята близкой к

или

Во избежание установки продольных ребер жесткости толщину стенки принять не менее

.

Окончательную толщину стенки балки назначаю по ГОСТ 19903-74*

.

Определение толщины ( t_f )и ширины ( b_f )пояса:

;

Требуемая толщина пояса определяется из условия обеспечения необходимой площади его сечения ;

где - требуемая из условия прочности балки площадь сечения пояса. ;

- требуемый момент сопротивления сечения балки ;

;

Принимаю

; принято: .

Рис.5. Поперечное сечение

2.3. Опорная часть

Главная балка на колонну опирается через опорное ребро со строганным нижним торцом, выпущенным ниже нижнего пояса балки на 30 мм ( ).

Сечение этого ребра назначается из условия прочности на смятие строганного торца. Требуемая площадь, см²:

;

где - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности материала опорного ребра, кН/см².

Толщина ребра t_h: принята равной толщине стенки t_w,

t_h = t_w = 20 мм

Ширина ребра , принята: 38 см.

Так как высота балки более 1 м, ее опорная часть (как условная стойка, на рис. 5 она заштрихована) проверена на устойчивость из плоскости стенки. В опорную часть кроме торцового ребра включается примыкающий к нему участок стенки шириной .

Рис. 6. Вариант выполнения опорной части главной балки.

Устойчивость проверена формулой:

, где - коэффициент продольного изгиба условной стойки относительно оси, совпадающей с продольной осью балки; - площадь поперечного сечения, см², условной стойки, равная .

Коэффициент продольного изгиба определяется по СНИП П-23.81* и зависит от гибкости условной стойки , где - высота условной стойки, см, ; - радиус инерции сечения условной стойки, относительно оси стенки ; - момент инерции сечения “стойки”, см⁴, ;

;

Условие выполняется.

Катет двухстороннего сварного шва прикрепления опорного ребра к стенке:

где - расчетное сопротивление наплавленного металла сварного шва электродом Э-46-А;

- коэффициент, учитывающий вид и способ сварки; принят равным 0,7.

Окончательный размер катета шва принят 7 мм.

2.4. Конструктивное обеспечение устойчивости стенки

В местах опирания вспомогательных балок (они в нашем случае крепятся сбоку) в главной балке ставятся парные поперечные (вертикальные) ребра жесткости (рис. 7). Они обеспечивают как местную прочность стенки, так и ее устойчивость.

Рис. 7. Промежуточные ребра жесткости главной балки

Гибкость стенки:

следовательно, предельное расстояние между ребрами равно .

Ширина ребер, мм: принята большей из двух:

где d – диаметр болтов, мм, крепления вспомогательных балок (d-16мм).

Принято 100 мм.

Толщина ребер жесткости, мм: принимается не менее толщины стенки вспомогательной балки, не менее .

В соответствии с ГОСТ 19903-74*. Толщина ребер жесткости принята:

К стенке балки ребра привариваются двухсторонними угловыми швами с катетом k_f =4 мм.

2.5. Проверки прочности, жесткости и устойчивости балки и ее элементов

- площадь поперечного сечения средней части, см²

;

- момент инерции поперечного сечения средней части, см⁴

;

- момент сопротивления поперечного сечения средней части, см³

.

Проверка прочности балки в месте действия максимального изгибающего момента:

,

Проверка жесткости балки:

,

- принимается в см, а величины и - определяются по табл. 3 и 2 [1].

Местная устойчивость сжатого пояса сварной балки считается обеспеченной, если соблюдается условие .

Так как отсутствуют сосредоточенные силы, приложенные к верхнему поясу балки и выполняется условие ,следовательно, местная устойчивость обеспечена.

Проверка общей устойчивости:

,

где - свободная длина балки. .
3. Расчет колонны сплошного сечения

3.1. Расчетная схема. Усилия

Колонны рабочей площадки представляется центрально сжатым стержнем, с шарнирно закрепленными концами ( ).

Расчетные длины колонны:

Приняты одинаковыми, равными высоте колонны

,

где Н – высота колонны, м (рис. 7), ;

- отметка верха настила, м (приведена в задании на проектирование );

- высота балочной клетки, м (в нашем случае она складывается из высоты главной балки, размера выступа ее опорного ребра и толщины настила);

- глубина заделки колонны под пол (она принята несколько больше высоты базы и равняется 500 мм).

Рис. 8. Сплошная колонна

Расчетное усилие в колонне, кН:

,

где N * - расчетное продольное усилие в верхнем сечении промежуточной колонны, кН, на которую опираются две промежуточные главные балки

;

G_k – ориентировочный вес, кН, промежуточной колонны ;

- расчетное сопротивление листовой стали, кН/см², из которой выполняется колонна;

- коэффициент продольного изгиба центрально сжатого стержня (при =60).

- конструктивный коэффициент, учитывающий вес дополнительных деталей колонны). Он принят в пределах 1,3;

- объемный вес стали .

3.2. Подбор сечения стержня колонны

Подбор сечения сплошной колонны заключается в определении габаритных размеров ее поперечного сечения (размеры b_f и h, см. рис. 9), его требуемой площади, назначении толщин стенки t_w и полок t_f при заданной гибкости стержня и с учетом требований обеспечения местной устойчивости элементов.

Рис. 9. Поперечное сечение стержня сплошной колонны

Сечение колонн рабочей площадки принимаем двутавровым с ориентировочными (или предварительными) габаритными размерами, обеспечивающими заданную гибкость =60.

Предварительные габаритные размеры:

; Принято bf=60 см.

Принято 68 см.

Толщина стенки:

При

Окончательная толщина стенки t_w принята по ГОСТ 19903-74*

t_w =14мм.

Ориентировочная площадь сечения одного пояса:

;

Требуемая толщина пояса:

.

по ГОСТ 19903-74* принято:

Требуемая ширина пояса:

.

Назначаем окончательную ширину пояса

Принято 60 см.

Пояса со стенкой в колонне свариваются двухсторонними угловыми швами с минимальным катетом шва ч ( k_f = 7 мм)

3.3. Проверки жесткости, общей и местной устойчивости колонны и ее элементов

Необходимые для расчетов геометрические характеристики сечения:

- площадь сечения,см² ;

Ix-момент инерции относительно оси х, см⁴

;

Iy- момент инерции относительно оси у, см⁴

;

ix, iy- радиусы инерции сечения относительно осей х и у, см, соответственно равны ; .

Действительные гибкости стержня колонны относительно осей равны и .

По большей гибкости стержня = определяем коэффициент продольного изгиба = 0. 805 и проверяем его общую устойчивость

;

3.4. Конструирование и расчет оголовка

Рис. 10. Оголовок сплошной колонны

Конструирование оголовка колонны заключается в назначении размеров опорной плиты, ребер и отверстий под болты крепления балок (рис. 10).

Лист плиты оголовка принимается конструктивно толщиной = 25 мм, а его размеры в плане на 10 мм превышают габаритные размеры сечения стержня. Горизонтальные ребра также назначаются конструктивно: толщиной 10 мм и шириной не менее = . Принимаю 64 мм.

Ширина одного ребра оголовка ( ):

Толщина ребра ( ):

Принято по ГОСТ .

Длина ребер:

,

- катет сварного шва.

h_h0=84 см.

3.5. Конструирование и расчет базы колонны.

Рис. 11. База сплошной центрально сжатой колонны

В курсовом проекте принята база колонны в виде опорной плиты.

Площадь плиты в плане, A_pl определяются усилием в колонне и классом бетона фундамента : ,

где - расчетное сопротивление сжатию материала фундамента, кН/см², ;

- коэффициент, учитывающий соотношение площади верха фундамента A_f и площади плиты (задается в пределах 1,2…1,5 и определяют необходимую площадь верха фундамента); - расчетное сопротивление бетона сжатию.

Ширина плиты, (см) принимается несколько больше ширины сечения стержня колонны = 60+2·(1+10) = 82 см,

где t_tr – толщина траверсы, принимаю 10 мм; d - ширина свеса плиты за траверсу, принимаю 100 мм. Принятая ширина плиты должна быть кратна 20 или 50 мм.

Требуемая из условия прочности бетона фундамента длина плиты должна быть не менее .

Окончательный размер длины плиты

Напряжение в фундаменте:

,

прочность фундамента обеспечена

;

Максимальный изгибающий момент (участок 1):

Максимальный изгибающий момент (участок 2):

При отношении сторон :

, где

а₁ – длина свободной стороны пластинки.

Максимальный изгибающий момент (участок 3): ;

При отношении сторон :

b - меньшая сторона пластинки.

Требуемая толщина плиты:

,

где - наибольший из трех изгибающих моментов, определенных выше для участков плиты, кНсм/см; - расчетное сопротивление материала плиты, кН/см²

Окончательная толщина листа принята по ГОСТ

Требуемая высота траверс определяется длиной, необходимой по прочности восьми сварных швов, которыми траверсы крепятся к поясам стержня:

Окончательный размер высоты траверсы принимается ;

50 0,7·68=47.6.

Анкерные болты (не менее двух) назначаются конструктивно диаметром 20 мм.

4. Конструирование и расчет узлов сопряжения элементов балочной клетки

4.1. Расчет прикрепления настила.

Настил к балке настила крепится сплошным сварным швом.

Погонное растягивающее усилие в настиле:

,

где коэфф. надежности по полезной нагрузке,

- отношение пролета к его допустимому прогибу [табл.2];

- толщина настила.

Требуемая высота катета непрерывного сварного шва:

Высота катета сварного шва принята 3мм.

4.2. Расчет и конструирование узла пониженного опирания балок

При примыкании вспомогательной балки к главной балке сбоку (рис. 12) прикрепление первой ко второй осуществляется на болтах диаметром 16 мм.

Число болтов (n) (из условия прочности их на срез):

.

где - 1,2 - коэффициент, учитывающий дополнительное усилие от частичного защемления конца вспомогательной балки в узле;

- расчетное сопротивление болтов срезу, кН/см², принимаемое по СНиП;

- коэффициент условия работы болтов в соединении, принят равным 0,9; - диаметр болтов, см.

Рис. 12. Пониженное сопряжение балок в рабочей площадке

Число болтов (из условия прочности их на смятие):

,

где - расчетное сопротивление смятию элементов, соединяемых болтами, кН/см², принимаемое по СНиП;

- толщина более тонкого листа (см) в соединении (см. рис 11).

Число болтов в узле принято: 9 шт.

4.4. Конструирование равнопрочного монтажного (укрупнительного) узла главной балки.

Длина главной балки = 18м.

Монтажный стык располагается в середине пролета:

;

.

Рис. 13. Последовательность выполнения сварного монтажного стыка

составной балки

С целью снижения сварочных напряжений от сварки монтажного стыка, его выполняют в определенной последовательности, изображенной на рисунке, причем в последнюю очередь завариваются участки поясных швов (по 500 мм), специально не сваренных в заводских условиях.

Для обеспечения провара всех элементов в стыке на всю толщину кромки их обрабатываются.

Литература.

1. Металлические конструкции. Том 1. Элементы конструкций. Под ред. проф. В.В. Горева. М.: Высшая школа. 2001, 1997. –528 с.

2. СНИП П-23.81*. Стальные конструкции. М.: ЦИТП. 2001. -96 с.

3. ГОСТ 21.501-93. Правила выполнения архитектурно-строительных чертежей. М.: ГУП ЦПП. 1998. -58 с.

4. Лихтарников Я.М. и др. Расчет стальных конструкций: Справочное пособие. -Киев: Будивельник, 1984, -366с.

5. Раздел «Металлические конструкции» в папке «Студент – ГСХ» на диске “Z” сервера ВЦ кафедры «Строительные конструкции».

6. Лихтарников Я.М. Вариантное проектирование и оптимизация стальных конструкций. М.: Стройиздат. 1979. -319 с.

7. Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций. М.: Стройиздат. 1991. -431 с.

8. Васильченко В.Т. и др. Справочник конструктора стальных конструкций. Киев. Будивельник. 1990. –312 с.

9. СНИП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. М.:ГУП ЦПП. 2001. -43 с.

10. Металлические конструкции. Под ред. проф. Е.И. Беленя. М.: Стройиздат. 1986. –560 с.