Проектирование конструкции стальной балочной клетки рабочей площадки промышленного здания

МПС РФ

ДВГУПС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра "Строительные

конструкции"

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

Проектирование  конструкции стальной балочной клетки

рабочей площадки промышленного здания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Терентьева Ю.К.

94-ПГС-583

Проверил: Тимохин А.В.

 

 

 

 

 

 

Хабаровск

2001

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

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.

Литература

 

 

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)

 

Исходные данные:

 

• временная нагрузка - q^Н₀ = 12 кН/м²;
• 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

 

Расчет настила

 

Сбор нагрузки на 1 м² настила.

Таблица 1

	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м2	gf	Расчетная нагрузка, кН/м2
1	Временная нагрузка - Р	12	1,2	14,4
2	Собственный все настила gН = g´ tН = где удельный вес стали- g = r ´ g = 7850 ´ 9,81´ 10-3	0,924	1,05	0,97
Итого q = g +Р		qn = 12,924		q = 15,37

 

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 :

После подстановки величин qⁿ и t_Н в формулу, получаем:

Принимаем L = 1,944 м, т.е. пролет L_Н укладывается 9 раз по длине главной балки. Предельный прогиб для заданного пролета . Вычисляем наибольший пролет: L_max = 2,12 м. По расчету принимаем L_Н = 1,944 м.

Разбивка главной балки показана на рис.5

Проверка прогиба  настила.

Вычислим балочный прогиб, т.е. прогиб от поперечной нагрузки в середине полосы шириной b = 1 м, имеющий цилиндрическую жесткость Е₁J, без учета растягивающей силы Н:

Прогиб настила с учетом растягивающей  силы Н:

, коэффициент a найдем по формулам.

Прогиб настила :

Относительный прогиб:

Предельный прогиб: - проверка удовлетворяется

Проверка прочности настила:

Изгибающий момент с  учетом приварки настила на опорах:

Растягивающая сила

Проверка прочности полосы настила шириной b = 1 м.

,

где W=(t²_Н)/6 =0,012²/6 = 2,4×10^-5 м³

g_СR_g =1,1×230 = 253 МПа, где R_g=230 МПа - расчетное сопротивление проката по табл. 51^* СНиП II-23-81^*

s < g_СR_g - условие выполняется.

Расчет сварного шва  крепления настила к балке.

1. Расчет по металлу  шва

• коэффициент глубины провара шва b_f = 0,7 (табл. 34^* СНиП II-23-81^*)
• коэффициент условия работы шва g_wf = 1 (по п.11.2 СНиП II-23-81^*)

В соответствии с табл. 55 СНиП II-23-81^* принимаем электроды типа Э42. Расчетное сопротивление металла шва R _wf = 180 МПа.

b_f ×g_wf × R _wf = 0,7 × 1 × 180 = 126 МПа

2. Расчет по металлу границы сплавления.

• коэффициент глубины провара шва b_z = 1,0 (табл.34 СНиП II-23-81^*)
• коэффициент условия работы шва g_wz = 1 (п.11.2^* СНиП II-23-81^*)

Расчетное сопротивление по металлу  границы сплавления:

R _wz = 0,45 R_un = 0,45 × 360 = 162 МПа (по табл. 3 СНиП II-23-81^*),

где R_un - нормативное сопротивление фасонного проката.

b_z×  g_wz × R _wz = 1×1×162 = 162 МПа

Минимальная из величин при расчетах по металлу шва и по металлу  границы сплавления (b×  g_w × R _w)_min = 126 МПа

Требуемый катет шва

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 = qⁿ L_H + g^H_б = qⁿ L_H + 0,02 qⁿ 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_бg_f = 15,37 × 1,944 + 0,502 × 1,05 = 30,41 кН/м

Изгибающий момент от расчетной  нагрузки

Требуемый момент сопротивления

,

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)

Принимаем двутавр №40Б1 ГОСТ 26020-83 (J_х = 15 750 см⁴, W_х = 803,6 см³, А = 61,25 см², b_f = 165 мм, t_f = 10,5 мм, t_w = 7,0 мм, h = 39,2 см, масса m_бн = 48,1 кг/м)

Уточним коэффициент с₁:

площадь сечения стенки А_w = t_w (h- 2t_f) = 0,7(39,2 - 2 × 1,05) = 25,97 см²

площадь сечения полки А_f = (A - A_w) × 0,5 = (61,25 - 25,97) × 0,5 = 17,64 см²

По табл. 66 СНиП II-23-81^* коэффициент с = 1,091. Принимаем с₁ = с.

Уточним собственный вес балки  и всю нагрузку

а) нормативная

q^H_б = qⁿ L_H + m_бн g = 12,924 × 1,944 + 48,1 × 9,81 × 10^-3 = 25,60 кН/м

б) расчетная

q_б = q L_H + m_бн gg_f = 15,37 × 1,944 + 48,1 × 9,81 × 10^-3 × 1,05 = 30,37 кН/м

Максимальный изгибающий момент

Проверка нормальных напряжений

Условие прочности удовлетворяется  с недонапряжением (253-212,17)×100%/ 253 = 16,1 %.

Расчетная перерезывающая сила на опоре

Q_max = q_б L/2 = 30,37 × 7 × 0,5 = 106,3 кН

Проверка касательных напряжений на опоре

,

где h_w = h - 2t_f = 39,2 - 2 × 1,05 = 37,1 см

t = 40,51 МПа < R_S g_S = 0,58 × 230 × 1,1 = 146,7 МПа

Условие прочности выполняется  с большим запасом

Проверка прогиба балки

-проверка выполняется

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 = r t_н + m_б/L_н = 7850 × 0,012+ 48,1/1,944 = 118,94 кг/м².

 

2.1.2. Вариант 2. Балочная клетка  усложненного типа

 

Расчет настила

 

Сбор нагрузки на 1 м² настила

Таблица 2

	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м2	gf	Расчетная нагрузка, кН/м2
1	Временная нагрузка - Р	12	1,2	14,4
2	Собственный все настила gН = g´ tН = 77 × 0,006	0,462	1,05	0,485
Итого q = g +Р		qn = 12,462		q = 14,885

 

Средний коэффициент 

Наибольший прогиб настила в  зависимости от n₀

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

Проверка прогиба.

Балочный прогиб

Прогиб настила:

- проверка проходит.

Схема разбивки вспомогательной балки  на панели 8 ´ 0,875 м.

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 

Коэффициенты: ,

Прогиб настила:

, - проверка жесткости настила удовлетворяется

Проверка прочности  настила.

Изгибающий момент:

Растягивающие усилия:

Момент сопротивления настила:

Проверка нормальных напряжений

R_g g_с = 1,1 × 230 = 253 МПа

s < g_СR_g - условие выполняется.

 

Расчет балки настила

 

Погонная нагрузка на балку настила:

а) нормативная от временной нагрузки, веса настила и балки настила:

q^H_б = qⁿ L_H + g^H_б = qⁿ L_H + 0,02 qⁿ L_H =12,462 × 0,875 + 0,02 × 12,462 × 0,875 = 11,12 кН/м

б) расчетная

q_б = q L_H + g^H_бg_f = 14,885 × 0,875 + 1,05 × 0,218 = 13,25 кН/м

Изгибающий момент от расчетной  нагрузки:

Требуемый момент сопротивления при с₁ = 1,1 в первом приближении:

Требуемый по предельному прогибу момент инерции:

, где при 2,5 м n₀ =142,5

По сортаменту подберем двутавр  №10 ГОСТ 26020-83 (J_х=198 см⁴, W_х=39,7 см⁴, А=12 см², m_бн =9,5 кг/м, t_w = 4,5 мм, t _f =7,2 мм, h = 100 мм).

Уточним коэффициент с₁=с по табл. 66 СНиП II-23-81^*

А_w = t_w (h- 2t_f) = 4,5(100 - 2 × 7,2) = 385,2 мм²

А_f = (A - A_w) × 0,5 = (12,0 - 3,85) × 0,5 = 4,08 см²

Þ с = 1,07

Уточним нагрузку

а) нормативную q^H_б = qⁿ L_H + m_бн g = 12,462 × 0,875 +9,5 × 10^-3×9,81 = 11 кН/м