Конструирование балочной клетки
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра ПГС
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.
2. 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.
3.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.
4. Составление вариантов балочной клетки.
При проектировании балочной клетки задача сводится к тому, чтобы путём технико-экономического сравнения различных вариантов найти наиболее экономичную конструкцию балочной клетки по расходу материала на 1 м² площади перекрытия.
С этой целью следует составим 3 варианта расположения вспомогательных балок и балок настила. После статического и конструктивного расчётов настила и балок для всех вариантов произведем их сравнение по расходу стали на 1м² площади перекрытия балочной клетки и количеству монтажных единиц.
После этого выберем наиболее выгодный вариант балочной клетки по расходу стали и количеству монтажных единиц. В случае одинакового расхода стали, предпочтение следует отдавать варианту с наименьшим количеством монтажных единиц.
Рис. 2
4.1.Вариант № 1
4.1.1. 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.
4.1.3.Расчет вспомогательных балок
Сбор нагрузок:
Таблица 3
|
Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.),
обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus.
Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Похожие рефераты: |