Компоновочные решения балочных клеток

Компоновочные решения балочных клеток

Требуетсявыполнить компоновку балочной клетки с размерами ячейки L х l = 15,0 х 6 м и полезной нагрузкой на настил балочной клетки = 2.6 т/м² = =26кН/м².

Проектные решения металлических конструкций вариантны. Для определения оптимального варианта намечаются схемы возможных вариантов и из них выбирают лучший. Для примера рассмотрим два варианта балочной клетки – нормальную и усложненную.

1.1. Балочная клетка нормального типа:

Определяем оптимальный шаг балок настила – :

,

где - пролет балок настила, подставляется в см;

- полезная нагрузка на м² поверхности балочной клетки, подставляется в кН/м².

Назначаем конструктивно шаг балок настила = 75 см (рекомендуется, чтобы укладывалось в пролете L целое число раз - раз).

Рис. 1. Компоновка балочной клетки нормального типа

1.2. Балочная клетка усложненного типа:

Определяем оптимальный шаг второстепенных балок – :

,

где - пролет второстепенных балок, подставляется в см;

- шаг балок настила, принимается из компоновки балочной клетки нормального типа и равен = 75 см.

Назначаем конструктивно шаг второстепенных балок = 250 см (рекомендуется, чтобы укладывалось в пролете L целое число раз - раза).

Определяем оптимальный шаг балок настила – :

,

где - пролет балок настила (шаг второстепенных балок), подставляется в см;

- полезная нагрузка на м² поверхности балочной клетки, подставляется в кН/м².

Шаг балок настила принимает из условий, что должно быть не менее 50 см и в пролете должно укладываться целое число раз.

Конструктивно принимаем = 50 см ( раз).

Рис. 2. Компоновка балочной клетки усложненного типа

Дальнейший расчет выполняем, как для балочной клетки нормального типа.

Расчет балочной клетки нормального типа

Расчет стального настила балочной клетки нормального типа

Требуется выполнить расчет стального настила балочной клетки нормального типа с полезной нагрузкой на настил =2.6 т/м²=26кН/м². Размеры ячейки балочной клетки Lхl=15,0х6м. Шаг балок настила = 75 см. Материал настила – сталь С235 по ГОСТ 27772-88 с расчетным сопротивлением стали R_y = 230 МПа – для листового проката из стали С235 толщиной 2 < t £ 20 мм. Крепление настила к балкам настила выполнять полуавтоматической сваркой.

Решение. Стальной настил крепится к балкам, как правило, с помощью сварки и рассчитывается на прочность и жесткость. Из расчета на жесткость определяем отношение пролета настила l_н и его толщины t_н. Пролет настила l_н соответствует шагу балок настила .

Назначив пролет настила l_н находим толщину настила t_н, или наоборот.

Согласно условию задачи пролет настила (шаг балок настила) составляет l_н = = 75 см.

Жесткость настила определяем по формуле:

,

где - отношение пролета настила к предельному прогибу;

( =коэффициент Пуассона).

Следовательно,

.

Тогда

t_н = 75/128.582 = 0,583 см.

Принимаем согласно сортамента толщину настила, равную t_н = 6 мм.

Прочность настила и сварные швы крепления настила к балкам настила проверяем по растягивающему усилию, определяемому по формуле:

Следовательно, растягивающее усилие на 1 см настила составит:

Расчет прикрепления настила. Сварку в соответствии с табл. 55 СНиП II-23-81* выполняем сварочной проволокой Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70* диаметром 2 мм (табл. 55 СНиП II-23-81*), положение шва нижнее с b_f = 0,8 и b_z = 1 (табл. 34 СНиП II-23-81*); R_wf = 215 МПа (табл. 56) и R_wz = 0,45×360 = 162 МПа (табл. 3).

Угловой шов, крепящий настил к балке, рассчитываем по металлу границы сплавления, так как:

b_f × R_wf = 0,8 × 215 = 172 МПа > b_z × R_wz = 1× 162 = 162 МПа.

Находим катет сварного шва, прикрепляющий настил к верхнему поясу балки настила:

Согласно таблице 38 * СНиП II-23-81* минимальный катет сварного шва при наибольшей толщине t_н=6 мм равен . Принимаем больший из расчетного и минимального катетов сварного шва катет равным .

Расчет главной балки

Требуется Выполнить расчет главной балки балочной клетки усложненного типа с размерами в плане – L х l=15,0 х 6 м. Компоновка балочной клетки приведена ниже:

Сечение балки настила – двутавр № 30 с g_б.н. = 36,5кг/м. Толщина настила балочной клетки t_н = 6 мм.

Материал главных балок – сталь С255 по ГОСТ 27772-88 с расчетным сопротивлением стали R_y = 240 МПа – для листовой стали толщиной 4 < t £ 20 мм и R_y = 230 МПа – для листовой стали толщиной t > 20 мм.

Решение. Сбор нагрузок на главную балку и определение расчетных усилий:

нормативная нагрузка на балку –

расчетная нагрузка на балку –

где - коэффициенты надежности по нагрузке соответственно для временной (полезной) и постоянных нагрузок.

Упрощенно принимаем нагрузку на балку равномерно распределенной, тогда:

;

;

.

Определение генеральных размеров:

Требуемый момент сопротивления –

,

где = 230 МПа – предварительно принимается для толщины элементов балки t > 20 мм;

- коэффициент условия работы, принимаемый по таблице 6 СНиП II-23-81*.

Основным параметром составной балки является высота балки, которая определяется из рассмотрения трех величин: оптимальной, минимальной и строительной высот.

Оптимальная высота сечения балки (по массе) –

,

где , . Принимаем .

Минимальная высота сечения балки (из условия нормативной жесткости) – ,

где - предельный относительный прогиб для главных балок.

Строительная высота балки не ограничена.

Высоту балки стремимся принять близкую к оптимальной, но не менее минимальной и не более строительной. Окончательную высоту балки принимаем кратной модулю 100 мм или с учетом ширины листов поставляемых по сортаменту.

Принимаем высоту главной балки кратной модулю 100 мм равной ; суммарную толщину полок – 50 мм; высоту стенки балки - .

Минимальная толщина стенки из условия среза –

,

где = 240 МПа – предварительно принимается для толщины элементов балки t < 20 мм.

Принимаем окончательно толщину стенки балки равной t_w= 12 мм.

Компоновка поперечного сечения и определение геометрических размеров:

Определяем площадь полок балки: , где . , где . Принимаем tf= 34 мм. Момент инерции сечения балки относительно оси х: . Момент сопротивления крайнего волокна балки: .

Проверка прочности балки по нормальным напряжениям:

- условие выполняется, прочность балки обеспечена.

Расчет поясных швов

Поясные швы выполняем автоматической сваркой сварочной проволокой Св-08А по ГОСТ 2246-70* с R_wf = 180 МПа (табл. 56 СНиП II-23-81*) под слоем флюса АН-348-А по ГОСТ 9087-81* (табл. 55* СНиП II-23-81*). При этом при диаметре сварочной проволоки d = 1,4…2 мм и нижнем положении шва – b_f = 0,9 и b_z = 1,05 (табл. 34 СНиП II-23-81*); расчетное сопротивление металла границы сплавления R_wz = 0,45×R_un = 0,45×370 = 166,5 МПа (табл. 3).

Поясные швы, рассчитываем по металлу сварного шва, так как:

b_f × R_wf = 0,9 × 180 = 162 МПа < b_z × R_wz = 1,05 × 166,5 = 174,83 МПа.

Определяем катет выполнения поясных швов:

,

где .

Конструктивно, согласно таблице 38 СНиП II-23-81* принимаем минимальный катет поясных швов равным 6 мм.

Литература для курсовой работы

1. Металлические конструкции. Под ред. Белени Е.И. Стройиздат, М.,1986 г.

2. Расчет стальных конструкций. Лихтарников Я.М. и др. "Будівельник", Киев, 1984 г.

3. Металлические конструкции. В трех т. под ред. Горева В.В. Высш. шк., М., 1997 г-(1 т.-557с.: ил.)

4. Клименко Ф.I., Барабаш В.М. Металевi конструкцii: Пiдручник.-Львiв: Свiт. 1994. -280 с.

5. Металлические конструкции. Спецкурс. Под ред. Белени Е.И. Стройиздат, М., 1982 г.

6. СНиП 2.01.07.-85 Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. Стройиздат, М., 1986 г.

7. СНиП 2.01.07.-85 Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. (Дополнения. Разд.10. Прогибы и перемещения) Стройиздат, М, 1988 г.

8. СНиП П-23-81*.Стальные конструкции. Нормы проектирования. Стройиздат, М, 1991 г.

9. Стальные конструкции: Справочник конструктора/ Под общ. Ред. Н.П.Мельникова – М.: Стройиздат. М., 1972. – 328 с. г.

10. Металлические конструкции. Справочник проектировщика. Под ред. Мельникова Н.П. Стройиздат, М., 1980 г.

11. Лихтарников Я.М. Металлические конструкции. Методы технико-экономического анализа при проектировании. – Стройиздат, М., 1968 г.

12. Лихтарников Я.М. и др. Руководство по вариантному проектированию. – Донецк: ДПИ, 1971.- 115 с.

13. Лихтарников Я.М. Вариантное проектирование и оптимизация стальных конструкций. Стройиздат, М., 1979 г.

14. Васильченко В.Т., Рутман А.Н., Лукьяненко Е.П. Справочник конструктора металлических конструкций. – Киев: Будівельник, 1990. – 312 с.

15. Проектирование металлических конструкций: Спец. курс. Учебное пособие для вузов/ В.В.Бирюлев и др.-Л.,: Стройиздат, 1990-432 с,: ил.

16. Металлические конструкции. Специальный курс: Учеб. Пособие для вузов. Под ред. Е.И. Белени - М.,: Стройиздат, 1991. - 687 с.

17, Легкие конструкции одноэтажных производственных зданий / Е.Г. Кутухтин и др. Стройиздат, М.,1988-263с.: ил. - (Справочник проектировщика).

18. Металлические конструкции. Спецкурс. Под ред. Стрелецкого Н.С., Стройиздат, М., 1965 г.

19. Металлические конструкции. Справочник проектировщика. В 3т. Под общ. ред. Кузнецова В.В..- М.: изд-во АСВ 1998-1999 гг.

20. Конспект лекцій з дисципліни «Металевi конструкцii» розділ 1 “Елементи металевих конструкцiй” Макіївка. - ДонДАБА. 2000 р.

Компоновочные решения балочных клеток

Требуетсявыполнить компоновку балочной клетки с размерами ячейки L х l = 15,0 х 6 м и полезной нагрузкой на настил балочной клетки = 2.6 т/м² = =26кН/м².

Проектные решения металлических конструкций вариантны. Для определения оптимального варианта намечаются схемы возможных вариантов и из них выбирают лучший. Для примера рассмотрим два варианта балочной клетки – нормальную и усложненную.

1.1. Балочная клетка нормального типа:

Определяем оптимальный шаг балок настила – :

,

где - пролет балок настила, подставляется в см;

- полезная нагрузка на м² поверхности балочной клетки, подставляется в кН/м².

Назначаем конструктивно шаг балок настила = 75 см (рекомендуется, чтобы укладывалось в пролете L целое число раз - раз).

Рис. 1. Компоновка балочной клетки нормального типа

1.2. Балочная клетка усложненного типа:

Определяем оптимальный шаг второстепенных балок – :

,

где - пролет второстепенных балок, подставляется в см;

- шаг балок настила, принимается из компоновки балочной клетки нормального типа и равен = 75 см.

Назначаем конструктивно шаг второстепенных балок = 250 см (рекомендуется, чтобы укладывалось в пролете L целое число раз - раза).

Определяем оптимальный шаг балок настила – :

,

где - пролет балок настила (шаг второстепенных балок), подставляется в см;

- полезная нагрузка на м² поверхности балочной клетки, подставляется в кН/м².

Шаг балок настила принимает из условий, что должно быть не менее 50 см и в пролете должно укладываться целое число раз.

Конструктивно принимаем = 50 см ( раз).

Рис. 2. Компоновка балочной клетки усложненного типа

Дальнейший расчет выполняем, как для балочной клетки нормального типа.