Конструирование и расчет колонны сквозного сечения

 

 

                                                                                                                                                        Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет

 

 

 

 

 

Кафедра металлических конструкций

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОЙ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЕ

 

«Стальная рабочая площадка промздания»

 

 

 

 

 

 

Выполнила студентка гр. 141                                                    Ловкова И.А.

 

Проверил                                                                                      Киселев Д.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нижний Новгород

2011

Содержание.

Стр.

Введение………………………………………………………………………....3

Исходные данные……………………………………………………………….4

1.Выбор материалов конструкций  и соединений..............................................5

2. Расчет настила и выбор шага  второстепенных балок...................................6

3. Конструктивная схема балочной  клетки и колонн балочной площадки....7

4. Расчет второстепенных балок.........................................................................8

4.1. Нагрузки и статический расчет  балок.........................................................8

4.2. Назначение и проверка сечений  балки........................................................9

5. Расчет главных балок.....................................................................................11

5.1. Нагрузки и статический расчет  балки.......................................................11

5.2. Конструирование и основные  проверки сечения главной балки............12 

5.3. Размещение ребер жесткости  и проверка стенки балки на  местную 

устойчивость……………………………………………………………………16

5.4. Расчет поясных швов главной  сварной балки......................................... .19 

5.5. Конструирование и расчет  опорного узла главной балки..................... ..20 

5.6. Расчет укрупнительного стыка балки…………………………………....22

6. Конструирование и расчет колонны  сквозного сечения………………….24

6.1 Конструирование и расчет стержня колонны……………………………24

6.2 Расчет прикрепления соединительных планок…………………………..28 

6.3 Расчет оголовка колонны……………….....................................................29

6.4. Конструирование и расчет  базы сквозной колонны…………………….30

Литература ..........................................................................................................33

 

 

 

Введение

В производственных зданиях технологический процесс или условия обслуживания технологического оборудования часто требуют устройства рабочих площадок, приподнятых над полом или перекрытием. На этих площадках могут находиться рабочие, различного рода материалы, вспомогательное оборудование, транспортные средства и т.п.

Основным элементом металлической рабочей площадки является стальной настил, подкрепленный системой второстепенных балок. Последние, обычно опираются на главные балки, установленные на систему металлических колонн. Площадки оборудуют лестницами, перильными ограждениями, технологическими проемами. Для придания сооружению устойчивости колонны раскрепляют связями в продольном и поперечном направлениях. Связями на опорах могут быть раскреплены и главные балки для предотвращения их опрокидывания.

Задачей проектирования рабочей площадки, как и других конструкций и сооружений, является удовлетворение поставленным технологическим требованиям и условиям эксплуатационной надежности при минимальной затрате металла, и минимальной стоимости и трудоемкости изготовления и монтажа конструкций

Проектирование идет в следующей последовательности: выбрав материалы, отвечающие заданным требованиям и условиям экономичности, конструируют и рассчитывают стальной настил, затем второстепенные и главные балки и, в последнюю очередь, колонны и их фундаменты. Одновременно с этим или потом конструируют и рассчитывают отдельные детали конструктивных элементов и узлы их сопряжении. Все расчеты в пояснительной записке обязательно сопровождаются рисунками и схемами, а в завершении разрабатываются рабочие чертежи стадии КМ, которые должны давать полное представление о конструктивных элементах площадки, их взаиморасположении и сопряжениях между ними

Исходные данные.

Рассчитать  и сконструировать металлические конструкции рабочей площадке производственного здания при следующих данных:

1. Размеры  площадки в плане 

    3Ах3В       А=10,0м     В=5,5м

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Отметки  уровня чистого пола первого  этажа 0,000 м;

    - верх настила 8,400 м

3. Временная  нормативная   равномерно- распределенная   нагрузка 

     26кН/м2,

4. Климатический  район II2

5. Здание  отапливаемое

6. Бетон фундаментов  В20 (Rпр=1.15кН/)

7. Здание  II класса ответственности (γп=0,95)

8. Материал  конструкций и соединений по  СНиП II-23-81*

9. Настил площадки – сталь обычной прочности.

Балочная клетка рабочей площадки – нормального типа с этажным сопряжением второстепенных и главных балок. Второстепенные балки из прокатных профилей. Главные балки – сварные постоянного сечения. Колонны проектируем сквозными из прокатных профилей и с шарнирным сопряжением с главными балками и фундаментами. Колонны и главные балки раскрепляются связями.

1. Выбор материала конструкций и соединений

 

Согласно п.2.1 и таблице 50 СНиП II-23-81 для отапливаемого здания в климатическом районе II2          принимаем:

Стальной настил: группа конструкций 4; сталь С235 без ограничений.

Прокатные второстепенные балки: при отсутствии сварных соединений группа 2, сталь С255 без ограничений.

Главные сварные балки: группа 1, сталь С255 без ограничений.

Колонны из прокатных профилей: группа 4, сталь С235.

Все стали по ГОСТ 27772-88. Прочностные характеристики сталей по п.3.1 и таблицам 1 и 51 СНиП II-23.81 , по конкретным условиям.

Для сварных соединений согласно п.2.2 и таблице 55 принимаем:

В сварных главных балках для автоматической и полуавтоматической сварки (группа 1,Сталь С255) флюс АН-348-А ГОСТ 9087-81 , сварочная проволока Св-08А по ГОСТ 2246-70 ;

Для ручной сварки электроды Э42А по ГОСТ 9467-75 ;

Колонны и настил (группа 3, сталь С235) для полуавтоматической сварки флюс АН-348-А по ГОСТ 9087-81 ; сварочная проволока Св-08А по ГОСТ 2246-70 ; для ручной сварки электроды Э42 по 9467-75 .

Для нерасчетных болтовых соединений согласно п.2.4 и таблице 57 принимаем болты класса В-4.6 по ГОСТ 1759.4-87 диаметром 16мм.

 

рис. 1.1. Общий вид рабочей площадки

1 - стальной  настил;

2 - второстепенные  балки;

3 - главные  балки;

4 - колонны;

5 - связи  между колоннами;

6 - связи  на опорах главных балок;

7 - перила;

8 – лестница

 

2. Расчет настила и выбор шага второстепенных балок

Стальной настил рассчитываем по балочной схеме с учетом растягивающих усилий[4],стр.130. Временная нормативная нагрузка Для расчетной полосы шириной 1 см нагрузка на единицу ее длины По формуле ([6], стр.88)

 

где и - пролет и толщина настила;

- отношение пролета  настила к величине его предельно-допустимого  прогиба;

- цилиндрический (без учета поперечных деформаций) модуль упругости материала при  коэффициенте Пуассона ;

Вычисляем предельно допустимое по условиям жесткости отношение:

 

Согласно таблице 3.1, при временной нагрузке  , принимаем толщину настила Тогда предельный по условиям жесткости пролет настила . Если принять предварительно ширину поясов второстепенных балок , то предельный шаг балок . Принимаем 17 шагов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Конструктивная схема балочной клетки и колонн рабочей площадки

Согласно заданию принимаем нормальную схему балочной клетки рабочей площадки с этажным сопряжением главных и второстепенных балок. Колонны размещаются в узлах сетки осей . Главные балки опираются на колонны и имеют пролет L=A=16м и шаг В=6,0м. Второстепенные балки с пролетом 6м опираются на главные балки сверху и крепятся к ним болтами. Шаг всех второстепенных балок определяется конструктивным решением опорных узлов главных балок. По всем осям колонны распределяются связями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рис. 3.1. Схема балочной клетки

 

 

4. Расчет второстепенных балок

4.1. Нагрузки и статический расчет  балок

На второстепенные балки передается нагрузка от веса стального настила, собственного веса балок и временная нагрузка. Вес настила вычисляется как произведение объема листа на площади 1 м2 на объемный вес стали 78,5 кН/м3, вес балки как отношение веса 1 м балки (по сортаменту) к шагу второстепенных балок.

Нагрузка, отнесенная к 1 м2 площади настила, приведена в таблице 4.1.                                                                                                

Таблица 4.1

№    п/п	Вид нагрузки	Нормативная, кН/м2		Расчетная, кН/м2
1	Постоянная нагрузка: а) Стальной лист настила   б) Балка I 30 (предварительно считаем пролета балки) при шаге .   Итого:	1,229	1,05	1,29
2	Временная нагрузка	26,0	1,2	31,2

 

Нагрузка на 1 м балки полосы настила шириной :

нормативная:

постоянная кН/м

временная кН/м

расчетная:

постоянная кН/м

временная кН/м

Балку рассматриваем как однопролетную с шарнирными закреплениями на опорах и нагруженную равномерно распределенной нагрузкой. Расчетные усилия в сечениях:

в середине пролета

 

 

 

на опорах

 

 

 

 

4.2. Назначение и проверка сечений  балки

Второстепенные балки проектируем прокатными двутаврового сечения из стали С255. Расчетное сопротивление (таблица 51 СНиП [1] для фасонного проката при t до 20мм);

 

(таблица 1 СНиП [1]).

 

Балки закреплены от потери устойчивости настилом, поэтому рассчитываем их с учетом развития пластических деформаций в расчетном сечении на . Требуемый момент сопротивления сечения по формуле (38) СНиП [1] при предварительном назначении :

 

Требуемый момент инерции сечения при предельно допустимом прогибе

  из формулы прогибов:

 

 

 

В качестве второстепенной балки может быть принят I33 по ГОСТ 8239-72* c массой 42.2 или I26К1 по ГОСТ 20020-83*с массой 65,2. Как более экономичный, принимаем I33.

Его геометрические характеристики:

;  ;  ;

;  ; 

 42.2

Принятое сечение проверяем:

а) на прочность при действии в сечении с учетом развития пластических деформаций (п.5.18 СНиП [1]).

    В сечении на  поперечная сила и , поэтому коэффициент в формуле (39) принимаем по таблице 66 СНиП [1].

 

При

 (по интерполяции).

Проверка прочности (по формуле 39 СНиП [1]) по граничному условию 1-ого

предельного состояния

 

б) на прочность при действии в опорных сечениях (формула 29 СНиП [1]):

 

 

в) на жесткость по формуле:

 

Принятое сечение второстепенной балки удовлетворяет условиям прочности и жесткости (с запасом по прочности). Проверка балки на общую устойчивость по п.5.15 и 5.16 СНиП [1] не требуется, т.к. балка закреплена от потери устойчивости приваренным к ней настилом.

 

5.Расчет главных балок

5.1. Нагрузки и статический  расчет балки

Нагрузка на главную балку, отнесенная к 1м2 настила площадки

                                                                                                    Таблица 5.1.

№ п/п	Вид нагрузки	Нормативная, кН/м2		Расчетная, кН/м2
1	Постоянная нагрузка: а) стальной настил 0,864 кН/м2 б) второстепенные   балки 33 0,33:1,00=0,33 кН/м2 в) собственный вес главной балки при шаге В=5,5 м   Итого:1,36 кН/м2	1,36	1,05	1,43
2	Временная нагрузка	26,0	1,2	31,2