Стальная рабочая площадка промздания, компоновка, конструирование и расчет несущих элементов

Федеральное агентство по образованию

 

 

Государственное образовательное учреждение

 

высшего профессионального  образования

 

«Нижегородский  государственный архитектурно-строительный университет»

 

 

 

 

 

Кафедра металлических конструкций

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 

к курсовой работе:

«Стальная рабочая площадка промздания, компоновка,

конструирование и расчет несущих  элементов»

 

 

 

 

 

 

 

_____________________________

                                                                                                   (подпись, дата)

 

 

 

Проверил

               Доцент _________________________________________

                                                                                                  (подпись, дата)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Нижний Новгород-2012

Содержание

1. Исходные  данные на курсовую работу...................................................................................3

2. Выбор материала конструкций и соединений......................................................................4

3. Расчет настила и выбор шага второстепенных балок..........................................................4

4. Конструктивная схема балочной клетки и колонн рабочей площадки..............................5

5. Расчет второстепенных балок................................................................................................6

5.1. Нагрузки и статический расчет балок............................................................................6

     5.2. Назначение и проверка сечений балки..........................................................................7

6. Расчет главных балок..............................................................................................................9

     6.1. Нагрузки и статистический расчет балки......................................................................9

     6.2. Конструирование и основные проверки сечения главной балки...............................10

     6.3 Размещение ребер жесткости и проверка стенки на местную устойчивость............13

     6.4 Расчет поясных швов сварной главной балки..............................................................15

     6.5 Конструирование и расчет опорного узла главной балки...........................................16

7. Конструирование и  расчет колонны.....................................................................................18

     7.1 Конструирование и расчет стержня колонны...............................................................18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Исходные данные и  задание на курсовую работу

 

Рассчитать и  сконструировать Металлические  конструкции рабочей площадки производственного здания при следующих данных:

1. Схема и размеры площадки в  плане: 3Ах2В; А⁼11,0 м; В=5,5 м. 

2. Отметка пола 0.00; верх настила 8,00 м; низ колонны 0,6 м

3. Вpеменнaя нормативная равномерно распределенная нагрузка 12,0 кН/м²; коэффициент надежности по нагрузке

4. Климатический район II₄

5. Здание отапливаемое:

6. Бетон фундаментов класса В 10

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

8. Материал конструкций и соединений по СНиП II-23-81* (изд. 1990г.).

9. Настил площадки - стальной лист.

Балочная клетка рабочей  площадки - нормального типа с этажным  сопряжением второстепенных и главных  балок. Второстепенные балки из прокатных  профилей; Главные балки - сварные  постоянного сечения. Колонны - сквозные из прокатных профилей, соединенных  планками и с шарнирным сопряжением  с главными балками и фундаментами. Колонны и главные балки раскрепляются  связями.

Предельные проги6ы:

настила - f_u = l/200 от временной нормативной нагрузки (прeнeбрегaя собственным весом настила);

второстепенных и главных  балок -f_u = l/350 от 0,7 временной нормативной нагрузки (СНиП 2.01.07-85. дополнения. Разд.10. Прогибы и перемещения)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Выбор материала конструкций  и соединений

Согласно п.2.1 и таблице 50 СНиП II-23-81* для неотапливаемого здания в климатическом районе II₄ принимаем:

стальной настил: группа конструкций 4; сталь С235

Прокатные второстепенные балки: группа конструкций 1 при отсутствии сварных соединений группа 2, сталь С245

Сварные главные балки: группа 1, сталь С255.

Колонны из прокатных профилей: группа 4; сталь С235.

Все стали по ГОСТ 27772-88. Прочностные характеристика 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 4; сталь С235) для полуавтоматической сварки флюс АН-348A ГОСТ  9087-81; сварочная поволока Св-08А по ГОСТ 2246-70; Для ручной сварки электроды Э42А ГОСТ 9467-75. Для, нерасчетных 6олтовых соединений согласно п.2.4 с таблице 57 принимаем болты класса В-4.6 по ГОСТ 1759,0-87 диаметром 16 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчет настила и  выбор шага второстепенных балок

                 

Стальной настил рассчитываем по балочной схеме с учетом растягивающих  усилий [4]; стр.130. Временная нормативная  Нагрузка 12 кН/м² = 0,0012кН/см². Для расчетной полосы шириной 1 см нагрузка на единицу ее длины = 0,0012 кН/см (рис. 3.1). По формуле ([71, сгр.88; [8], стр.9 )

, где  и - пролет и толщина настила

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

(без учета поперечных  деформаций) модуль упругости материала  при коэффициенте Пуассона γ=0,3;

Вычисляем предельно допустимое по условиям жесткости отношение:

Согласно таблице 3.1 при  временной нормативной нагрузке 12 кН/м² , принимаем толщину настила ,0см. Тогда предельный по условиям жесткости пролет настила см. Если принять предварительно ширину поясов второстепенных балок b_fb 12см, то предельный шаг балок =l_shu+ b_fb =91 + 12 =103.00см. Принимаем шаг второстепенных балок =A/11=1100/11=100 < , где 11 – число шагов второстепенных балок.

 

 

4 Конструктивная схема  балочной клетки и колонн рабочей  площадки

 

Принимаем нормальную схему  балочной клетки рабочей площадки с  этажным сопряжением главных  и второстепенных балок (рис. 4.1). Колонны размещаются в узлах сетки осей (2х13)х(2х6,5). Главные балки опираются на колонны и имеют пролет L = А = 11 м и шаг В = 5,5м. Второстепенные балки с пролетом 5,5 м 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 раскрепляются связями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Расчет второстепенных  балок.

5.1 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

 

№№ п/п	Вид нагрузки	Нормативная, кН/м2	γf	Расчетная, кН/м2
	Постоянная нагрузка а) tsh= 10 мм 0,010х78,5=0,785 кН/м2 б) балка I 30 (предварительно считаем hb 1/20 пролета балки при шаге =1 м ) 0,365/1,0=0,365 кН/м2   Итого 1,150 кН/м2	1,150	1,05	1,04
	Временная нагрузка	12	1,2

 

Нагрузка на 1 м’ балки c полосы настила шириной = 1,00 м:

нормативная:

постоянная g_n = 1,150 х 1,0 = 1,150кН/м²

временная = 12,0 х 1,0 = 12,0 кН/м²

расчетная:

постоянная g = 1,04 х 1,0 = 1,04кН/м²

временная = 12х 1.0 = 12кН/м²

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

в середине пролета:

Q=0

 кН/м

на опорах

 кН

М=0

 

5.2 Назначение и проверка сечений  балки

Второстепенные балки  проектируем прокатными двутаврового сечения из стали, С245. Расчетное сопротивление R_y = 31,5 кН/см² (таблица 51 СНиП [I] для фасонного проката при t до 20 мм);

R_s = 0,58 R_y = 0,58•31,5 = 19,27 кН/см² (таблица 1 СНиП [1]). Балки закреплены от потери устойчивости настилом, поэтому рассчитываем их с учетом развития пластических деформаций в расчетном сечении на 0,5l_b .Требуемый момент сопротивления сечения по формуле (38) СНиП [ 1] при предварительном значении С₁ =1,1

см³

Требуемый момент инерции  сечения при предельно допустимом прогибе  f_u=l/350=700/350 =2,0 см из формулы прогибов:

см

=3823 см⁴

B качестве второстепенной балки может быть принят I 26Б1 по ГОСТ 26020-83* с массой 28кг/м. Его геометрические характеристики:

J_x= 4024 см⁴; W_x=312 см³; S_x=176.6 см³; t_w =0,58 см; t_f=0.85см; b_f=12,0 см; масса 28 кг.

Принятое Сечение проверяем:

a) на прочность при действии M_max = 55.75 кН•м в сечении на 0,51_b с учетом развития пластических деформаций (п.5.18 СНиП [1]).

B сечении па 0,5l_b поперечная сила Q= 0 и τ < 0,5•R_s, поэтому коэффициент C₁ в формуле (39) принимаем равным C_l = C по таблице 66 СНиП [1].

При

С₁ 1,09 (по интерполяции)

Проверка прочности ( по формуле 39 СНиП [1]) по граничному условию 1-го предельного состояния М Ф :

кНсм

6) на прочность при  действии Q_max в опорных сечениях (формула 29 СНиП [1]);

кН

в) на жесткость в формуле:

Принятое сечение второстепенной базиса 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, так как балка закреплена от потери устойчивости приваренным к ней настилом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Расчет главных балок

6.1 Нагрузки и статистический  расчет балки

 

Нагрузка на главную  балку, отнесенная к 1 м² настила площадки

№№ п/п	Вид нагрузки	Нормативная, кН/м2	γf	Расчетная, кН/м2
	Постоянная нагрузка а) стальной настил 0,785 кН/м2 б) второстепенные балки I26Б1 0,28/1,00 = 0,28 кН/м2 в) собственный вес главной балки 3 кН/м’, при шаге B=5,5м ; 3/B = 3/5,5 = 0,46кН/м Итого 1,56 кН/м2	1,56	1,05	1,48
	Временная нагрузка	12	1,2	12

 

Нагрузка на 1 м’ главной балки при ширине полосы грузовой площади равной шагу главных балок B=5,5м:

нормативная:

постоянная g_n = 1,56 х 5,5 = 8.58 кН/м

временная = 12 х 5,5 = 66,0 кН/м

расчетная:

постоянная g = 1,46 х 5,5 = 8,88 кН/м

временная = 12 х 5,5 = 66,0 кН/м

расчетные усилия в сечениях главной балки как в простой балке с шарнирными закреплениями на опорах с пролетом L=A=13м,

в середине пролета:

 кН•м

Q=0

на опорах:

 кН

M=0

 

 

6.2 Конструирование и  основные проверки сечения главной  балки

 

Балку проектируем сварной  двутаврового  сечения из стали С255по ГОСТ 27772-88 с расчетным сопротивлением R_y = 2З кН/см² при толщине листа t =20 40 мм (пояса) и R_y = 24 кН/см² при t=10 20 мм (стенка) по таблице 51 СНиП [1];

R_s = 0,58 • R_y – 0,58 • 24 = 13.92 кН/см² при t= 10 20мм по таблице 1 СНиП [1];

R_un= 37 кН/см² и R_p= R_u= 37 кН/см² при t= 10 20mm no таблицам 1 и 51 СНиП [1]

Требуемый момент сопротивления сечения балки по условиям прочности при изгибе (из формулы 28 СНиП [1]).

 см³

где R_у= 23 кН/см2 для поясных лиcтoв, по таблице 6 СНиП [1].

Требуемый момент инерции сечения по условиям жесткости, определяемый величиной предельно допустимого прогиба балки =L/350 = 1300/350 =3,71 см при 0,7^. (таблица 19 п.2д СНиП [3]), из формулы см равен