Балочная клетка

 

Министерство образования  РФ

 

Казанский государственный  архитектурно-строительный университет

 

 

 

 

 

 Кафедра металлических конструкций

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

"Балочная  клетка"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: ст.гр. 03-302

Егоров Д.Ю.

Проверил: Агафонкин В.С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Казань-2009

Оглавление:

 

 

 

Данные по курсовому проекту

 

1. Компоновка балочной клетки

2. Расчет  несущего настила

3. Расчет  БН  для простого типа балочной  клетки

3.а Расчет БН и ВБ для усложненного типа балочной клетки

 

4. Расчет  главной балки

4.1 Определение нагрузок и расчетных усилий

4.2 Подбор сечения составной  балки

4.3 Изменение сечения  главной балки

4.4 Проверка прочности  прогибов и общей устойчивости  балок

4.5 Проверка местной  устойчивости элементов балки

4.6 Расчёт поясных сварных  швов

4.7 Расчёт опорных ребер

4.8 Расчет узлов сопряжения  балок

4.9 Расчет монтажного  стыка балок

 

5.Расчет  колонны

5.1 Расчет стержня сквозной  колонны с планками

5.2 Расчет базы колонны

5.3 Расчет оголовков  колонн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Данные по курсовому проекту:

 

Шифр: 11313 (0306053)

Продольный шаг колонн     ---    14м (L)

Поперечный шаг колонн     ---     5м (l)

Нормативная полезная нагрузка   ---   1400 кг/м

Марка стали   ---   С 245

Высота колонны   ---   7.5м

 

1. Компоновка балочной клетки:

 

Мы рассмотрим два  вида компоновки балочной клетки: простого и усложнённого типа. После расчёта настила, балки настила и вспомогательной балки обоих вариантов, выбирается более экономичный вариант.

                                                

 

2. Расчет несущего настила:

 

          

 

 

    

По сортаменту на листовой прокат по ГОСТ 19903-74* примем t=5мм

 

Определим растягивающее  усилие:

( ; )

Н=232 кг/см

 

 

Рассчитаем толщину  углового сварного шва БН с настилом:

Следующие значения принимаются  в соответствии со СНиП ІІ-23-81*:

=0,7 ;    =1;    

=1850кг/см ;  ( по табл. 3 и 56)

    ( по п.4*    и   п.11.2*)

 

В соответствии со  СНиП ІІ-23-81*   п.12.8  катет углового шва принимаем: Kf=5мм Вид соединения тавровое с двусторонними угловыми швами, нахлесточное. Вид сварки ручная.

 

3. Расчёт балок настила для балочной клетки простого типа

 

Определим погонную нормативную  нагрузку на БН:

Расчетная погонная нагрузка на БН: (

Определяем изгибающий момент:

 

Определим требуемый  момент сопротивления: По СНиП ІІ-23-81*:

=2450кг/см ( по табл. 51*) =1 ( по табл. 6*)

 

 
По сортаменту металлопроката по ГОСТ 8239-72  подбираем двутавр №22

=232см           

Проверим прочность  подобранного двутавра:

( С1 – определяеться по СНиП ІІ-23-81*   табл.66)        С1 =1,096

                2115 < 2450

 

Проверим жесткость  балки:

                                       

              0.0218 < 0.0267

 

3а. Расчет БН и ВБ для усложненного типа балочной клетки.

 

А) Определим погонную нормативную нагрузку на БН:

 

Расчетная погонная нагрузка на БН: (

 

Определяем изгибающий момент:

;

 

По сортаменту металлопроката по ГОСТ 8239-72  подбираем двутавр №16

=109см           

Проверим прочность подобранного двутавра:

                2216 < 2450

 

Проверим жесткость  балки:

                                       

              1,53< 2,16

 

Б) Погонная нормативная нагрузка на ВБ:   (gп(№16)=15.9кг/м)

Определяем изгибающий момент:

 

 

По сортаменту металлопроката по ГОСТ 8239-72  подбираем двутавр №36

=743см           

 

Проверим прочность  подобранного двутавра:

;  2427,25 < 2450

 

Проверим жесткость  балки:

                                         

              1,475< 2,67

 

Подсчитаем расход стали  для 1-го случая: (g(№22)=24кг/м

 

Подсчитаем расход стали  для 2-го случая:

 

№вар-та	Расход стали на 1м перекрытия, кг	Кол-во типоразмеров балок на ячейку	Кол-во монтаж. ед. на ячейку
1	63,25	1	14
2	101,14	2	8

 

Анализируя эту таблицу, выбираем  простой тип балочной клетки, как наиболее экономичный.

 

 

 

 

4. Расчет  главной балки.

4.1 Определение  нагрузок и расчетных усилий

 

Нормативная погонная нагрузка на балку:

 Расчетная погонная нагрузка на балку:

Расчетный изгибающий момент в середине балки:

 

Расчетная поперечная сила на опоре:

 

 

4.2 Подбор  сечения составной балки.

 

Определим требуемый  момент сопротивления:

 

Предварительно зададимся  толщиной стенки составной балки:

    , где   h=L/10=1400мм

 

Определим оптимальную  высоту балки:

Определим минимальную  высоту балки:

;

Назначим высоту балки   h=120см

 

Окончательно установим  толщину стенки из следующих условий:

1) Из условичя определения рациональной толщины стенки:

  

2) Из условия работы стенки на срез: ( - определяеться по СНиП ІІ-23-81*   табл.1*)

=0,58 =1421кг/см

3. Из условия местной устойчивости без постановки продольных рёбер жесткости:

 

Принимаем толщину стенки  в соответствии с ГОСТ 82-70*:   tw=10мм

 

Определим горизонтальные размеры поясных листов:

Определим требуемый  момент инерции балки:

                                                            tf=25мм=2,5см

Момент инерции стенки :                                                            hw=115см

                                                               hz=118см

Момент инерции, приходящийся на поясные листы:

Требуемая площадь поперечного  сечения:

 

Определим ширину пояса в соответсвии с сортаментом на листовой прокат, а также учитывая следующие требования:

                              7< 14.6

Учитывая эти условия и в  соответствии ГОСТ  82-70* принимаем    b=36см

 

Подобранное сечение  проверим на прочность:

Найдем фактический  момент инерции:

 

Момент сопротивления:

 

Проверим прочность в среднем  сечении балки:

                             1716< 2450

 

4.3 Изменение  сечения главной балки

Назначим ширину поясного листа b1  измененного сечения учитывая следующие условия:

                По ГОСТ 82-70*   b1=18см

Определяем момент инерции  измененного сечения:

Момент сопротивления:

 
Определим изгибающий момент, который  может воспринять сечение:

По  СНиП ІІ-23-81*   табл.3*     

M(x)=M1 , и находим расстояние х от опоры до изменения сечения балки.

 

Х1=1077,2см                          Х2=322,8см

 

4.4 Проверка  прочности прогибов и общей устойчивости балок

 

Проверку прочности  главной балки выполняем в месте изменения сечения:

 

Вычислим нормальное напряжение в крайнем волокне  стенки

 

Вычислим перерезывающую силу в месте изменения сечения:

                 118,59 < 1421

 

Вычислим статический  момент поясов балки:

            2006,27 < 2817,5

 

 

Проверим местные напряжения:

        

Вычислим сосредоточенное  давление БН на верхний пояс:

Расчетная длинна: 

 

4.5 Проверка  местной устойчивости элементов  балки:

 

Значения условной гибкости стенки балки:

=3,9>3,2

Расстояния между ребрами жесткости  не должно превышать   2hw=230см

Ширина ребра     =7.8см          bp=8см

Толщина ребра              tp=0.6 см=6мм

Произведем расстановку ребер  жесткости:

Проверим приведенное  напряжение под грузом около места  изменения сечения:

              X1=2,5м

    

 

Проверим главную балку  на касательные напряжения в опорном  сечении:

Q=qL/2=87,32*1400/2=61124кг

< 2450

Выполним проверку местной устойчивости в одном отсеке с измененным сечением около места изменения сечения: (x=3,5-0,5*115=292,5 м, т.к. а>hw)

Определим краевое сжимающее  напряжение у края стенки:

   

Определим среднее касательное  напряжение в стенке:

кг/см

 

Определим нормальные критические  напряжения:

 

В соответствии со СНиП ІІ-23-81*   табл.24,вычисления ведуться по следующим формулам:

;     

- этот коэффициент принимается по СНиП ІІ-23-81* таблице 21, и зависит от величины , где определяеться по СНиП ІІ-23-81*   таблице 22.

=0,8     =1.96        =33.3

=5363.9кг/см

 

Определим местные критические  напряжения:

С1 – принимаем по СНиП ІІ-23-81*   таблице 23     =44,3

Определим критическое  касательное напряжение: d=115см;   

 

Проверим местную устойсчивость  стенки балки:

 

              0.326 < 1.1

 

4.6 Расчёт  поясных сварных швов.

 

Определим сдвигающую силу приходящую на 1 погонный см длины балки.

 

Вычислим высоту сварного шва:

   

В соответствии со СНиП ІІ-23-81*   таблице 38*  принимаем   

 

4.7 Расчёт  опорных ребер.

 

Толщина ребра  tr ≥ tw   tr=12мм=1.2см

Требуемая ширина определяется из условия работы его на смятие:

 определяем в соответствии со СНиП ІІ-23-81*   таблице 52*  =3460кг/см

                                  br=20см

Проверим местную устойчивость ребра:

                                                

Проверим напряжение смятия :

        2546,8<3460

Проверим опорный участок  балки на устойчивость:

                 

                  

 

Определяем коэффициент  продольного изгиба по СНиП ІІ-23-81*   таблице 72

Проверим устойчивость стержня :

           

Вычислим толщину сварных швов , прикрепляющих опорное ребро к стенке балки:

          

В соответствии со СНиП ІІ-23-81*   таблице 38*  принимаем   

 

4.8 Расчет узлов сопряжения балок

При поэтажном сопряжении соединение балок выполняется монтажными сварными швами минимальной толщины.

 

4.9 Монтажный стык балок выбираем следующего типа:

 

 

5.Расчет  колонны.

Расчетная длинна колонны:

Нагрузка на колонну:

N=2*Q=122248кг

 

 

 

 

5.1 Расчет  стержня сквозной колонны с  планками:

 

Предварительно зададим гибкость стержня:

                      

Определяем коэффициент  продольного изгиба по СНиП ІІ-23-81*   таблице 72

Требуемая площадь сечения:

 

В соотретствии с сортаментом  на металлопрокат по ГОСТ 8240-72 принимаем следующий номер швеллера    №=27

h=270мм         Ав=35,2см             

           

Определим действительную гибкость стержня колонны:

             

Проверим принятое сечение на устойчивость:

                   22848 < 2450

Зададим гибкость одной  ветви относительно оси 1-1:

Находим гибкость относительно оси у-у:

Требуемый радиус инерции  и момент инерции относительно оси у-у:

  

Определим расстояния между  осями ветвей: