Балочная клетка рабочей площадки

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального  образования 

«Ярославский государственный  технический университет»

Кафедра «Строительные  конструкции»

 

 

Курсовая работа защищена

с оценкой ________

Руководитель

Старший преподаватель

___________ Путинцев А. Г.

«___»_______2011

 

 

 

 

 

 

БАЛОЧНАЯ КЛЕТКА РАБОЧЕЙ ПЛОЩАДКИ

 

Расчетно-пояснительная  записка к курсовой работе

по дисциплине «Металлические конструкции»

 

ЯГТУ 270102.65-015 КР

 

 

 

 

 

 

 

Нормоконтролер Работу выполнила

Старший преподаватель студентка гр. ПГС-41

__________ Путинцев А. Г. ________ Смирнова М.Е.

«___»_______2011 «___»_______2011

 

 

 

 

 

 

 

2011

 

Реферат

 

 

26 с., 20 рис., 4 источника.

 

БАЛОЧНАЯ КЛЕТКА, БАЛКА, РЕБРА ЖЕСТКОСТИ, СОПРЯЖЕНИЕ БАЛОК, КОЛОННА, ОГОЛОВОК КОЛОННЫ, БАЗА КОЛОННЫ, БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, УЗЛЫ.

 

В курсовой работе произведен расчет металлических конструкций  балочной клетки. Определены расчетные и нормативные нагрузки на перекрытие. Рассмотрены два варианта балочной клетки и на основании их сравнения выбран оптимальный вариант.

Рассчитана толщина  настила, подобраны сечения балки  настила, вспомогательной балки, скомпоновано сечение главной балки. Определено место изменения сечения, выполнен расчет монтажного стыка главной балки.

Скомпонованы два варианта сечения колонны, на основании их сравнения выбран оптимальный вариант. Осуществлен расчет базы и оголовка колонны.

Рассчитаны сопряжения балок между собой и опирание балок на колонну.

Графическое пояснение  выполнено на 1 листе формата А1 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание	стр.
1.  Выбор вариантов  балочной клетки.	4
1.1. Нормальный тип компоновки балочной клетки.	4
1.2.  Усложненный тип компоновки балочной клетки. 1.3. Анализ вариантов  балочной клетки.	6 8
Расчет главной балки.	8
2.1.  Подбор сечения главной балки.	8
2.2. Изменение сечения главной балки.	10
2.3. Расчет поясных швов.	11
2.4. Проверка общей устойчивости балки.	12
2.5.  Размещение ребер жесткости.	12
2.6.  Проверка местной устойчивости элементов сечения балки.	13
2.7.  Проектирование опорной части главной балки.	14
2.8. Проектирование монтажного стыка главной балки.	15
2.9. Расчет сопряжений балок.	18
3. Проектирование колонны.	19
3.1.  Подбор сечения колонны.	19
3.2. Расчет и конструирование оголовка колонны.	22
3.3. Проектирование базы колонны.	23
Список использованных источников.	26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Выбор вариантов балочной клетки

Исходные данные:

– продольный шаг стоек – 11 м;

– поперечный шаг стоек – 4,8 м;

– отметка пола площадки – 9 м;

– строительная высота балочной клетки – 1,7 м;

– нормативная временная (полезная) нагрузка – 20 кН/м²;

– материал балок – С235, характеристики стали: предел текучести R_y= 230 МПа, модуль упругости стали Е = 2,06∙10⁵ МПа = 2,06∙10⁶ Н/см².

Рассмотрим два варианта компоновки балочной клетки: первый – нормальный тип и второй – усложненный, так как упрощенный тип балочной клетки  в данном случае не применим, поскольку по заданию балочная клетка опирается на колонны и, следовательно, невозможно обойтись без главных балок. Рассчитаем одну типовую ячейку балочной клетки, что возможно благодаря постоянному шагу колонны.

1.1 Нормальный тип компоновки балочной клетки

Рисунок 1 –Схема нормального типа компоновки балочной клетки

 

1.1.1 Расчет толщины настила Н-1

Определяем предельную гибкость настила:

_{, где}

Е₁ – модуль упругости стали при цилиндрическом прогибе настила,

μ=0,3 – коэффициент Пуассона для стали,

n=150 – отношение пролета к прогибу для настила,

р^н =20 кН/м² – полезная временная нормативная нагрузка на единицу площади перекрытия.

Принимаем пролет настила (шаг балок настила) l_n=1000 мм, тогда толщина настила:

Принимаем толщину настила t_н=10 мм.

_{Вычисляем вес 1м² настила толщиной 10мм:}

 

1.1.2 Расчет балки настила Б-2

Рисунок 2 – Расчетная схема балки настила Б-2

_{Нормативная нагрузка на балку настила:}

Расчетная нагрузка на балку настила:

_{, где}

_{γр=1,2 – коэффициент надежности по нагрузке,}

_γg=1,05,

_{а=1м – шаг  балок.}

Максимальный изгибающий момент:

Максимальная поперечная сила:

Из условия I группы предельных состояний

Требуемый момент сопротивления балки:

_{, где}

R_y= 230 МПа – предел текучести стали,

γ_С=1 – коэффициент условия работы конструкции,

с=1,12 – коэффициент, учитывающий допущения возможности возникновения пластических деформаций

Из условия II группы предельных состояний

Требуемый момент инерции  сечения балки:

_{, где}

_{l=4,8м – пролет балки настила,}

n=250 – отношение пролета к прогибу для балок настила,

Е = 2,06∙10⁵ МПа – модуль упругости стали.

По найденным параметрам подбираем возможные сечения балки настила из условия:

 N27

 N27У

Принимаем швеллер N27У.

Вычисляем общий расход стали:

1.2 Усложненный тип компоновки балочной клетки

Рисунок 3 – Схема усложненного типа компоновки балочной клетки

Принимаем шаг вспомогательных балок 2м, балок настила 0,6м.

 

1.2.1 Расчет толщины настила Н-1

Определяем предельную гибкость настила:

Принимаем пролет настила (шаг балок настила) l_n=600 мм, тогда толщина настила:

Принимаем толщину настила t_н=6мм.

_{Вычисляем вес 1м² настила толщиной 6мм:}

_{, где 78,5 кг/м² – вес 1 м² настила толщиной 10 мм.}

 

1.2.2 Расчет балки настила Б-3

Рисунок 4 – Расчетная схема балки настила Б-3

_{Нормативная нагрузка на балку настила:}

Расчетная нагрузка на балку настила:

Максимальный изгибающий момент:

Максимальная поперечная сила:

Из условия I группы предельных состояний

Требуемый момент сопротивления балки:

Из условия II группы предельных состояний

Требуемый момент инерции сечения балки:

По найденным параметрам подбираем  возможные сечения балки настила из условия:

 N12

 N12У

Принимаем швеллер N12У.

Вычисляем расход стали  на 1м² балки настила:

 

1.2.3 Расчет вспомогательной балки Б-2

Рисунок 5 – Расчетная схема вспомогательной балки Б-2

Так как число балок настила больше 5, то нагрузку на вспомогательную балку от балок настила считаем равномерно распределенной.

_{Нормативная нагрузка на вспомогательную балку:}

Расчетная нагрузка на вспомогательную балку:

Максимальный изгибающий момент:

Максимальная поперечная сила:

Из условия I группы предельных состояний

Требуемый момент сопротивления балки:

Из условия II группы предельных состояний

Требуемый момент инерции  сечения балки:

По найденным параметрам подбираем  возможные сечения балки настила из условия:

 N36

 N40У

Принимаем двутавр N36.

Вычисляем расход стали  на 1м² вспомогательной балки:

Вычисляем общий расход стали:

 

1.3 Анализ вариантов  балочной клетки

Так как расход стали на 1м² перекрытия в усложненном типе балочной клетки меньше, чем в нормальном, то для дальнейшего расчета принимаем усложненный тип балочной клетки.

 

2 Расчет главной балки

2.1 Подбор сечения  главной балки

Рисунок 6 – Расчетная схема главной балки

Нормативная нагрузка, действующая на главную балку:

Расчетная нагрузка, действующая на главную балку:

Максимальный изгибающий момент:

Максимальная поперечная сила:

Из условия I группы предельных состояний

Требуемый момент сопротивления балки (так как главная балка принимается переменного по длине сечения, то она рассчитывается без учета пластических деформаций):

Из условия II группы предельных состояний

Требуемый момент инерции  сечения балки:

Компоновка сечения  балки:

1 – Определяем высоту  главной балки

Ориентировочно определяем высоту главной балки:

Определяем толщину стенки

Определяем оптимальную высоту главной балки

Определяем минимальную высоту главной балки из условия обеспечения жесткости

Строительную высоту балки определяем исходя из заданной строительной высоты перекрытия и его конструкции. Заданная строительная высота балочной клетки 1700 мм. Принимаем этажное сопряжение балок, тогда строительная высота главной балки:

Окончательно принимаем  высоту главной балки исходя из условия, что высота балки должна быть близкой к h_опт , не меньше h_min  и не должна превышать h_стр(б), и в целях унификации конструкций должна быть кратна 100мм.

Таким образом, принимаем высоту главной балки 110 см.

2 – Определяем толщину  стенки главной балки

Назначив высоту балки h, определяем минимальную толщину стенки и сравниваем ее с величиной, принятой при определении h_опт.

Минимальная толщина  стенки из условия среза:

, где

 – расчетное сопротивление срезу стали.

Таким образом, принимаем толщину стенки главной балки 10 мм.

3 – Определяем размеры полки:

Ширина полки в пределах

Толщина полки в пределах

Принимаем ширину полки 220 мм, толщину полки 30 мм.

Рассчитываем фактический момент инерции сечения балки:

Фактический момент сопротивления  сечения

Выполняем проверку:

 – расхождение 4,5%

Подобранное сечение балки удовлетворяет проверке прочности и не имеет недонапряжения больше 5%. Проверку прогиба балки делать не нужно, т.к. принятая высота сечения больше минимальной и регламентируемый прогиб будет обеспечен. Следовательно, принятые размеры сечения не корректируем.

Рисунок 7 – Рассчитанное сечение главной балки

 

2.2 Изменение сечения главной балки

Изменяем сечения поясов за счет уменьшения ширины поясного листа, сохраняя сечение стенки балки постоянным. Задаем ширину полки уменьшенного сечения:

Принимаем измененную ширину полки 200 мм.

Находим изгибающий момент, который может воспринять измененное сечение:

Приравниваем момент M' и момент, действующий в месте изменения сечения, получаем квадратное уравнение вида:

Решая полученное уравнение, находим расстояние от опоры до начала изменения сечения х_Н=4,6 м.

Конец изменения сечения x_k смещен к опоре балки на величину схода С, с целью обеспечения плавности перехода от основного сечения к уменьшенному и снижения местной концентрации напряжений. Скос поясного листа принят с соотношением катетов 1:5 поэтому

Принимаем х_к=455 см и С=5см.

В месте изменения  сечения балки на уровне поясных  швов действуют высокие нормальные и касательные напряжения, что  требует проверки наибольших приведенных напряжений; эта проверка производится по формуле:

Для выполнения проверки найдем:

 – условие выполняется, приведенные напряжения оказались в пределах нормы.

Рисунок 8 – Схема изменения сечения главной балки

 

2.3. Расчет поясных  швов

Расчет соединения ведется на силу сдвига пояса относительно стенки.

Определяем требуемый  катет шва:

Принимаем автоматическую сварку. Диаметр сварной проволоки (3-5) мм, положение шва – в лодочку.

β_f = 1,1, β_z = 1,15.

γ_wf = γ_wz = 1 – коэффициенты условий работы шва

>

Расчет ведем по границе сплавления:

Q_max = 685,3 кН

 

По таблице 38 [1] определяем минимальный катет сварного шва:

k_w^min = 7мм, так как толщина наиболее толстого из свариваемых элементов t_max = 30мм.

По [1, пункт 12.8] определяем максимальный катет сварного шва:

k_w^max = 1,2· t_min = 1,2·10 = 12мм, где t_min =10мм – наименьшая толщина свариваемых элементов.

Вывод: принимаем катет сварного шва k_w = 7мм.

Рисунок 9 – Схема к расчету поясных швов

 

2.4 Проверка  общей устойчивости балки

По [1, пункт 5.16]:

при и при (принимаем ) определяем отношение расчетной длины балки l_ef к ширине сжатого пояса b:

Вывод: так как , то проверка общей устойчивости балки не требуется.

 

2.5 Размещение ребер жесткости

Согласно [1, пункт 7.10] определяем необходимость укрепления стенки балки ребрами по формуле: