По курсу «Металлические конструкции»

Курсовой проект

По курсу «Металлические конструкции»

Расчет и конструирование основных несущих конструкций стальной балочной площадки

Студент: Луговых А.П.

Группа: С – 472

Преподаватель: Шавшукова Г.Н.

 

Екатеринбург

Содержание.

 

1.	Компоновка балочной клетки
2.	Расчет прокатных балок
3.	Расчет составных балок
4.	Узлы главной балки:
		Узел1: Опорный узел главной балки
		Узел 2: Монтажный узел главной балки
		Узел 3: Узел сопряжения главной балки и балки настила
5.	Расчет колонн сплошного сечения
6.	Расчет колонн сквозного сечения
7.	Узлы колонны:
		База колонны
		Оголовок колонны

 

 

Компоновка балочной клетки.

 

Рассмотрим 2 варианта компоновки балочной клетки и на основании экономического сравнения по расходу материала на балки настила и настил выберем вариант для дальней шей разработки. Учтем, что при железобетонном настиле шаг балок настила 1,5-3,5 м (а - шаг балок настила).

 

1 вариант:

а=1,55 м четное число шагов

 

 

2 вариант:

а=3,1 м нечетное число шагов

 

 

 

 

 

Расчет прокатных балок.

 

 

Расчетная схема балки

q – расчетная погонная нагрузка

1. Определение постоянной нормативной нагрузки от пола.

 

 

g^н – нормативная постоянная нагрузка от пола

g^н = g_кир*t_кир + g_пес*t_пес = 1800*0,12 + 1600*0,03 = 294 кг/м²

по табл. 7.1 при а₁ = 1,55 м и Р_н = 19 кН/м² t_наст. = 10 см.

g^н_наст = 2200*0,1 = 220 кг/м² = 2,2 кН/м²

S g^н = 2,2 + 2,94 = 5,14 кН/м²

по табл. 7.1 при а₂ = 3,1 м и Р_н = 19 кН/м² t_наст. = 14 см.

g^н_наст = 2200*0,14 = 308 кг/м² = 3,08 кН/м²

S g^н = 3,08 + 2,94 = 6,02 кН/м²

 

2. Определение нормативной погонной нагрузки на балку настила.

q^н = (Sg^H + P^H)*a*g_n

g_n = 0,95 – коэффициент надежности по назначению.

q1^н = (5,14 + 19)*1,55*0,95 = 35,55 кН/м

q2^н = (6,02 + 19)*3,1*0,95 = 73,68 кН/м

3. Определение расчетной погонной нагрузки на балку настила.

q = (Sg^H*g_f1 + P^H*g_f2)*a*g_n

g_f1 = 1,1; g_f2 = 1,2 – коэффициенты надежности по нагрузке

q1 = (5,14*1,1 + 19*1,2)*1,55*0,95 = =41,9 кН/м

q2 = (6,02*1,1 + 19*1,2)*3,1*0,95 = =86,65 кН/м

4. Определение максимального расчетного изгибающего момента.

 

5. Предварительный подбор сечения балки

Допустим развитие пластических деформаций:

По сортаменту принимаем:
I № 24а с Wx = 317 cм^3	I № 36 с Wx = 743,0 cм^3
Общая масса балок настила:
29,4*4,5*10 = 1323 кг	48,6*4,5*5 = 1093,5 кг

 

Для дальнейшей разработки принимаем 2 вариант компоновки балочной клетки с

а = 3,1 м.

I_x = 13380 cm⁴

S_x = 423 cm³

t_w = 12 mm = 1,2 cm

 

6. Проверка подобранного сечения.

- по первой группе предельных состояний

Проверка максимальных нормальных напряжений:

недонапряжение 6% < 10%

6.2. Проверка максимальных касательных напряжений

Проверка общей устойчивости не требуется, т.к. верхний сжатый пояс балки развязан настилом.

Проверка местной устойчивости элементов балки не требуется, т.к. она обеспечивается сортаментом.

 

- по второй группе предельных состояний

 

 

Расчет составных балок.

 

 

l = 15,5 м – пролет главных балок

В = 4,5 м – шаг главных балок

g^н = 6,02кН/м² – постоянная нормативная нагрузка

Р^н = 19 кН/м² – временная нормативная нагрузка

g_f1 = 1,1; g_f2 = 1,2 – коэффициенты надежности по нагрузке

- предельный относительный прогиб

материал балки – сталь 255

 

1. Составление расчетной схемы.

 

Т.к. на балку действует 5 сосредоточенных сил (5 балок настила), то нагрузку на главную балку считаем равномерно распределенной.

2. Определение погонной нагрузки

нормативной – q^н

g_n = 0,95 – коэффициент надежности по назначению

q^н = (6,02+19)*4,5*0,95 = 106,96 кн/м

расчетной – q

q = (6,02*1,1+19*1,2)*4,5*0,95 = 125,78 кН/м

3. Определение максимальных усилий в балке

Определение высоты балки

Оптимальная высота балки – это такая высота балки, при которой масса балки минимальна.

k = 1,15 – для сварных балок

h = (1/8 – 1/10)l = 1/10 * 15,5 = 1,55 м

t_w = 7+3h = 7+3*1,55 = 11 мм

Минимальная высота балки – это такая высота, при которой прогиб балки максимально-возможный, т.е. равный допустимому

 

Принимаем высоту балки h = 140 см.

Проверим толщину стенки из условия прочности ее на срез.

- в балке оптимального сечения

R_s = 0,58R_y – расчетное сопротивление срезу

Принятая t_w = 11 мм удовлетворяет условию прочности на срез.

 

Компоновка поясов балки

I_x = I_2f + I_w, где

I_х – момент инерции сечения балки

I_2f - момент инерции поясов

I_w - момент инерции стенки

Принимаю t_f = 25мм = 2,5 см

h_w = h – 2t_f = 140 - 2*2,5 = 135 см

h_f = h – t_f = 140 – 2,5 = 137,5 см

I_2f = 1145789,4 – 225534,375 = 920255,025 cm⁴

Конструктивные требования

1) b_f = (1/3 – 1/5)h - условие общей устойчивости

46,67см > 39 см > 28 см

2) - технологическое требование

3) b_f ³ 180 мм – монтажное требование

b_f = 390 мм > 180 мм

Проверка прочности

Узлы главной балки.

 

Узел 1: опорный узел главной балки

Принимаем шарнирное опирание балки сбоку через опорный столик.

 

1. Расчет опорного ребра на смятие

b_оп.р.= b_f’=19,5 см – ширина опорного ребра

N = 1013,787 кН

Условие прочности на смятие опорного ребра:

R_p = R_u = 360 МПа = 36 кН/см²

По сортаменту принимаю t_оп.р. = 12 мм

1. Расчет сварных швов

, где

R_wf – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва

g_wf – коэффициент условий работы шва

g_с – коэффициент условий работы конструкции

S_lw – расчетная длина шва

b_f – коэффициент, принимаемый при сварке элементов из стали с пределом текучести до 580 МПа по табл. 34 СНиПа II-23-81*

 

Принимаю полуавтоматическую сварку, сварочный материал Св-08А, R_wf = 180 МПа.

Определяю менее прочное сечение шва

R_wf*b_f = 180*0,7 = 126 МПа

R_wz*b_z = 0,45*370*1 = 166,5 МПа

В дальнейшем расчет угловых швов веду по металлу шва.

 

Принимаю lw = 85k_fb_f

Принимаю k_f = 0,9см

Проверяем полученный катет шва по металлу границы сплавления по формуле:

, где

b_z =1.05; k_f =9 мм; l_w =h_w - 10 мм = 1350 - 10 =1340;

g_wz = 1; R_wz =166.5 МПа= 16.65 кН/см²;

имеем = 4,0 кН/см² < 16.65×1×1=16.65 кН/см²;

Принимаю k_f = 9 мм

 

Узел 2: Монтажный узел

Монтажный узел главной балки должен быть решен на высокопрочных болтах, одинаковых для полок и стенки.

 

Принимаем:

d_б = 24 мм – диаметр ВП болтов.

Марка стали: 40Х «селект»

Способ обработки поверхности – дробеструйный 2-х поверхностей без консервации

 

Определяем несущую способность соединения, стянутого одним ВП болтом:

R_bh = 0,7R_bш = 0,7*110 = 77 kH/cm²

m = 0,58

g_n = 1,2

А_bn = 3,52 см²

g_b = 1,0, (при n ³ 10)

 

Определим количество болтов в полустыке:

Принимаю 10 болтов.

h_max = 135 – 2*10 = 115 мм

Принимаю k=6 – количество болтов в 1-ом вертикальном ряду при 2-х рядном расположении болтов в полустыке.

 

Определение толщины накладок в полках:

Принимаю t_накл=1,6см

Узел 3: узел сопряжения главной балки и балки настила

 

Расчет базы колонны.

1. Расчет опорной плиты.

Определение размеров опорной плиты в плане:

Площадь опорной плиты определяется из условия прочности материала фундамента.

Принимаю для фундамента бетон класса В10 с R_пр = 6 МПа

 

В = b + 2t_тр + 2C = 30+ 2*1,2 + 2*8,8 = 50 см

 

L = A / B = 2816 / 50 = 56,32 см

Принимаю L = 57 см

Фактическая площадь опорной плиты:

А _оп.пл = 50*57 = 2850 см²

 

Расчет оголовка колонны.

Опирание главных балок на колонну сбоку

t_оп.ст. = t_оп.л. + (15 ¸ 20 мм) = 12+20 = 32 мм

Принимаю 32 мм

Чтобы уменьшить высоту опорного столика принимаю 3 сварных шва:

Принимаю h_оп.ст = 45 см

 

Литература.

 

 

1. Металлические конструкции / под общей редакцией Е.И. Беленя. М.: Стройиздат, 1986.

2. СНиП II-23-81*. Нормы проектирования. Стальные конструкции.

3. М/у к выполнению курсового проекта по курсу «Металлические конструкции – Расчет и конструирование основных несущих конструкций стальной балочной площадки» УПИ 1991.

 

Курсовой проект

по курсу «Металлические конструкции»

Расчет и конструирование основных несущих конструкций стальной балочной площадки

Студент: Луговых А.П.

Группа: С – 472

Преподаватель: Шавшукова Г.Н.

 

Екатеринбург

Содержание.

 

1.	Компоновка балочной клетки
2.	Расчет прокатных балок
3.	Расчет составных балок
4.	Узлы главной балки:
		Узел1: Опорный узел главной балки
		Узел 2: Монтажный узел главной балки
		Узел 3: Узел сопряжения главной балки и балки настила
5.	Расчет колонн сплошного сечения
6.	Расчет колонн сквозного сечения
7.	Узлы колонны:
		База колонны
		Оголовок колонны

 

 

Компоновка балочной клетки.

 

Рассмотрим 2 варианта компоновки балочной клетки и на основании экономического сравнения по расходу материала на балки настила и настил выберем вариант для дальней шей разработки. Учтем, что при железобетонном настиле шаг балок настила 1,5-3,5 м (а - шаг балок настила).

 

1 вариант:

а=1,55 м четное число шагов

 

 

2 вариант:

а=3,1 м нечетное число шагов

 

 

 

 

 

Расчет прокатных балок.

 

 

Расчетная схема балки

q – расчетная погонная нагрузка

1. Определение постоянной нормативной нагрузки от пола.

 

 

g^н – нормативная постоянная нагрузка от пола

g^н = g_кир*t_кир + g_пес*t_пес = 1800*0,12 + 1600*0,03 = 294 кг/м²

по табл. 7.1 при а₁ = 1,55 м и Р_н = 19 кН/м² t_наст. = 10 см.

g^н_наст = 2200*0,1 = 220 кг/м² = 2,2 кН/м²

S g^н = 2,2 + 2,94 = 5,14 кН/м²

по табл. 7.1 при а₂ = 3,1 м и Р_н = 19 кН/м² t_наст. = 14 см.

g^н_наст = 2200*0,14 = 308 кг/м² = 3,08 кН/м²

S g^н = 3,08 + 2,94 = 6,02 кН/м²

 

2. Определение нормативной погонной нагрузки на балку настила.

q^н = (Sg^H + P^H)*a*g_n

g_n = 0,95 – коэффициент надежности по назначению.

q1^н = (5,14 + 19)*1,55*0,95 = 35,55 кН/м

q2^н = (6,02 + 19)*3,1*0,95 = 73,68 кН/м

3. Определение расчетной погонной нагрузки на балку настила.

q = (Sg^H*g_f1 + P^H*g_f2)*a*g_n

g_f1 = 1,1; g_f2 = 1,2 – коэффициенты надежности по нагрузке

q1 = (5,14*1,1 + 19*1,2)*1,55*0,95 = =41,9 кН/м

q2 = (6,02*1,1 + 19*1,2)*3,1*0,95 = =86,65 кН/м

4. Определение максимального расчетного изгибающего момента.

 

5. Предварительный подбор сечения балки

Допустим развитие пластических деформаций:

По сортаменту принимаем:
I № 24а с Wx = 317 cм^3	I № 36 с Wx = 743,0 cм^3
Общая масса балок настила:
29,4*4,5*10 = 1323 кг	48,6*4,5*5 = 1093,5 кг

 

Для дальнейшей разработки принимаем 2 вариант компоновки балочной клетки с

а = 3,1 м.

I_x = 13380 cm⁴

S_x = 423 cm³

t_w = 12 mm = 1,2 cm

 

6. Проверка подобранного сечения.

- по первой группе предельных состояний

Проверка максимальных нормальных напряжений:

недонапряжение 6% < 10%

6.2. Проверка максимальных касательных напряжений

Проверка общей устойчивости не требуется, т.к. верхний сжатый пояс балки развязан настилом.

Проверка местной устойчивости элементов балки не требуется, т.к. она обеспечивается сортаментом.

 

- по второй группе предельных состояний

 

 

Расчет составных балок.

 

 

l = 15,5 м – пролет главных балок

В = 4,5 м – шаг главных балок

g^н = 6,02кН/м² – постоянная нормативная нагрузка

Р^н = 19 кН/м² – временная нормативная нагрузка

g_f1 = 1,1; g_f2 = 1,2 – коэффициенты надежности по нагрузке

- предельный относительный прогиб

материал балки – сталь 255

 

1. Составление расчетной схемы.

 

Т.к. на балку действует 5 сосредоточенных сил (5 балок настила), то нагрузку на главную балку считаем равномерно распределенной.

2. Определение погонной нагрузки

нормативной – q^н

g_n = 0,95 – коэффициент надежности по назначению

q^н = (6,02+19)*4,5*0,95 = 106,96 кн/м

расчетной – q

q = (6,02*1,1+19*1,2)*4,5*0,95 = 125,78 кН/м

3. Определение максимальных усилий в балке