МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра ПГС
Пояснительная записка
к курсовой работе по дисциплине «Металлические конструкции»
Выполнил:
Принял:
Саратов 2006
Содержание
Введение........................................................................................................... 2
1.Исходные данные.......................................................................................... 2
2.Конструктивная схема балочной клетки....................................................... 2
3.Основные положения по расчету конструкций............................................ 3
4.Составление вариантов балочной клетки..................................................... 4
4.1.Вариант №1................................................................................................. 6
4.1.1.Расчет настила......................................................................................... 6
4.1.2.Расчет балок настила............................................................................... 8
4.1.3.Расчет вспомогательных балок............................................................. 11
4.2.Вариант №2............................................................................................... 14
4.2.1.Расчет настила........................................................................................ 14
4.2.2.Расчет балок настила............................................................................. 16
4.2.3.Расчет вспомогательных балок............................................................. 19
4.3.Вариант №3............................................................................................... 22
4.3.1.Расчет настила........................................................................................ 22
4.3.2.Расчет балок настила............................................................................. 24
4.3.3.Расчет вспомогательных балок............................................................. 26
5.Сравнение вариантов................................................................................... 29
6.Проектирование составной балки............................................................... 30
6.1.Компоновка и подбор сечения балки..................................................... 30
6.2.Проверка прочности балки....................................................................... 33
6.3.Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов сечения главной балки 35
6.4.Расчет соединения поясов балки со стенкой........................................... 40
6.5.Конструирование и расчет опорной части балки.................................... 41
6.6.Конструкция и расчет сопряжения вспомогательной балки с главной балкой 43
6.7.Конструирование монтажного стыка главной балки………………….…43
7.Конструкция и расчет колонны.................................................................. 45
7.1.Общие сведения…………………………………………………….... ……45
7.2.Конструирование и расчет стержня колонны……………………… …46
7.3. Конструирование и расчет планки колонны........................................... 49
7.4.Конструирование и расчет базы колонны............................................... 49
7.5.Конструирование и расчет оголовка колонны........................................ 51
Список литературы........................................................................................ 53
ВВЕДЕНИЕ
В работе представлены принципы и правила проектирования металлических конструкций балочной площадки промышленного здания, отражена основная технологическая последовательность конструирования и расчета её элементов.
В состав площадки включены следующие конструкции: стальной настил, балки настила и вспомогательные балки из прокатных двутавров, главные балки составного двутаврового сечения (сварные), стальные колонны сквозного сечения.
Расчет элементов металлических конструкций производится по методу предельных состояний с использованием международной системы единиц СИ. Расчет конструкций произведено с необходимой точностью и в соответствие с положением по расчёту и конструктивными требованиями СНиП 2-23-81* «Стальные конструкции».
Выполнение расчётно-графической работы производится по заданным исходным данным.
1. Исходные данные
Рабочие площадки служат для размещения производственного оборудования на определенной высоте в помещении цеха промышленного здания. В конструкцию площадки входят колонны, балки, настил и связи. Система несущих балок стального покрытия называется балочной клеткой.
Исходные данные:
- полезная нагрузка - = 28кН/м2;
- пролет - L=14 м
- шаг колонн – l = 5 м
- высота колонны - H = 6 м
- колонны – сквозные с планками.
- тип пола - I
- класс бетона фундамента В12,5.
Балочная клетка состоит из следующих элементов: стального настила (Н), укладываемого по балкам настила (БН), вспомогательных балок (ВБ), и главных балок (ГБ), располагаемых обычно параллельно большей стороне перекрытия. Таким образом, балки настила воспринимают полезную нагрузку от массы настила и пола. Вспомогательные балки передают всю нагрузку от балок настила на главные балки, а главные балки – на колонны или стены.
Цель расчёта – обеспечить заданные условия эксплуатации и необходимую прочность и устойчивость при минимальном расходе материала и минимальных затратах труда на изготовление и монтаж. Расчёт проводится с использованием методов сопротивления материалов и строительной механики. Основной задачей этих методов является определение внутренних усилий, которые возникают в конструкциях под воздействием приложенных нагрузок.
Расчёт начинают с составления расчётных схем сооружения в целом и его отдельных элементов. Составлению расчётных схем должна предшествовать работа по компоновке отдельных конструкций с предварительной эскизной проработкой чертежей элементов и их сопряжений.
Определив по принятой расчётной схеме усилия в конструкции или её элементах (статический расчет), производят подбор их сечений (конструктивный расчёт), проверяют несущую способность и жесткость конструкций. Если хотя бы одна из проверок не удовлетворяется, уточняют размеры сечений.
При проектировании балочной клетки задача сводится к тому, чтобы путём технико-экономического сравнения различных вариантов найти наиболее экономичную конструкцию балочной клетки по расходу материала на 1 м² площади перекрытия.
С этой целью следует составим 3 варианта расположения вспомогательных балок и балок настила. После статического и конструктивного расчётов настила и балок для всех вариантов произведем их сравнение по расходу стали на 1м² площади перекрытия балочной клетки и количеству монтажных единиц.
После этого выберем наиболее выгодный вариант балочной клетки по расходу стали и количеству монтажных единиц. В случае одинакового расхода стали, предпочтение следует отдавать варианту с наименьшим количеством монтажных единиц.
Рис. 2
4.1.Вариант № 1
4.1.1. Расчет настила
Принимаем сталь С245(т.к II гр.)
Рис. 3
Вид нагрузки
Металло-цементный раствор t=30мм
0,75
1,3
0,975
Гидроизоляция:2 слоя рубероида на мастике
0,1
0,13
Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм
0,48
0,624
Полезная нагрузка
28
1,05
29,4
Итого:
29,33
31,129
Сбор нагрузок: Таблица 1
Листы настила крепятся к верхним полкам балок настила при помощи сварки угловыми швами катетом не менее 4 мм. Для удобства сварки ширина листа должна быть на 15-20 мм меньше шага балок настила (см. раб. чертёж). При нагрузках, не превышающих 50 кН/м², и относительном прогибе меньше предельного, принимаемого для всех настилов равным [f/l]=1/150, прочность шарнирно закреплённого по краям стального настила всегда будет обеспечена, и его надо рассчитывать только на жесткость (прогиб).
Определим наименьшую толщину настила при заданном пролёте балок настила lн при lн=100 см.
где ;
qн –нормативная нагрузка на настил;
;
tн=1,16 см. По сортаменту принимаем tн=12 мм.
Настил крепится к балкам настила сплошными сварными швами.
Определим растягивающее усилие Н, действующее на 1 погонный длины шва:
где γf- коэффициент надежности по нагрузке (γf=1,05).
1. Расчет по металлу шва
- коэффициент глубины провара шва bf = 0,9 (табл. 34* СНиП II-23-81*)
- коэффициент условия работы шва gwf = 1 (по п.11.2 СНиП II-23-81*)
В соответствии с табл. 55 СНиП II-23-81* принимаем электроды типа Э42 для стали С245.
Расчетное сопротивление металла шва R wf = 180 МПа (по т.56 СНиП II-23-81*).
2.Расчет по металлу границы сплавления.
- коэффициент глубины провара шва bz = 1,05 (табл.34 СНиП II-23-81*)
- коэффициент условия работы шва = 0,45Run. По т.51* СНиП II-23-81*
для стали С245 Run =370 МПа.Rwz=0.45·370=166.5 МПа=16,65кН/см2.
gwz=1(по п.11.2 СНиП II-23-81*);
Принимаем требуемый катет шва kf=5 мм(в соответствии с табл.38 СНиП II-23-81*)
4.1.2.Расчет балок настила
Сбор нагрузки: Таблица 2
Наименование нагрузки
Нормативная нагрузка,
f
Расчетная нагрузка,
1
2
3
4
Стальной настил t=12мм
0,942
0,9891
5
30,272
32,1181
Определение удельного веса настила.
Рис.4
Погонная нагрузка на балку настила:
32,1181*1=32,1181;
Максимальный изгибающий момент от расчетной нагрузки:
Требуемый момент сопротивления при с1 = 1,1:
По сортаменту принимаем двутавр №12 ГОСТ 8239-89 (Iх=350см4, Wх=58,4см4, Sх=33,7 см3, b=64 мм, t=7,3 мм, d =4,8 мм, h = 120 мм, mбн =11,5 кг/м).
Проверка нормальных напряжений
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
25 < 26,4 - условие прочности выполняется
Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП II-23-81*
Аf=bt=6,4·0,73=4,672 см2;
Аw = (h-2t)d = (12-2·0,73)0,48 = 5,0592 см2
Þ с = 1,078=>
25,51 < 26,4 - условие прочности выполняется
Перерезывающая сила на опоре:
Qmax = qбн lбн × 0,5= 32,1181×2 × 0,5 = 32,1181 кН ;
Проверка касательных напряжений.
RS gс = = 14,94 кН/см2;
4,237<14.94=> условие выполняется.
Проверка жесткости.
lбн=200 см;
Е=2,06·104 кН/см2;
qн=0,0030272·100=0,30272 кН/см;
Jx=350 см4
0,00437>0,004=>жесткость балки не обеспечена.
По сортаменту принимаем двутавр №14 ГОСТ 8239-89 (Iх=572см4, Wх=81,7см4, Sх=46,8 см3, b=73 мм, t=7,5 мм, d =4,9 мм, h = 140 мм, mбн =13,7 кг/м).
17,87 < 26,4 - условие прочности выполняется
Аf=bt=7,3·0,75=5,475 см2;
Аw = (h-2t)d = (14-2·0.75)0.49 = 6,125 см2
Þ с = 1,081=>
18,19 < 26,4 - условие прочности выполняется
3,5<14.94=> условие выполняется.
Jx=572 см4
0,0026<0,004=>жесткость балки обеспечена.
4.1.3.Расчет вспомогательных балок
Сбор нагрузок:
Таблица 3
Балки настила № 14
0,137
0,14385
6
30,409
32,26195
Определим удельный вес балок настила.
Нагрузка с балок настила передаётся на вспомогательные балки в виде сосредоточенных сил. При частом расположении балок настила (4 и более) можно заменить сосредоточенные силы эквивалентной равномерно распределённой нагрузкой.
32,26195*2=64,5239;
Максимальный изгибающий момент от расчетной нагрузки вычисляем по формуле:
По сортаменту принимаем двутавр №36 ГОСТ 8239-89 (Iх=13380 см4, Wх=743 см4, Sх=423 см3, b=145 мм, t=12,3 мм, d =7,5 мм, h = 360 мм, mбн =48,6 кг/м).
Проверка прочности
Рис.5
24,67 < 26,4 - условие прочности выполняется
Аf=bt=14,5·1,23=17,835 см2;
Аw = (h-2t)d = (36-2·1,23)0.75= 25,155 см2;
Þ с = 1,0991=>
24,69 < 26,4 - условие прочности выполняется
Qmax = qвб lвб × 0,5= 64,5239·5 × 0,5 =161,30975 кН ;
6,8<14.94=> условие выполняется.
lвб=500 см;
qн=0,0030409·200=0,60818 кН/см;
Jx=13380 см4
0,00359<0,004=>жесткость балки обеспечена
При приложении сосредоточенной нагрузи через полку вспомогательной балки в месте, не укрепленном поперечным ребром, стенка балки должна быть проверена на прочность от местного давления по формуле
,
где Fбн=64,5239кН/м - расчетная сосредоточенная нагрузка;
t=1,23 – толщина стенки вспомогательной балки;
lef=b+2tef =14,5+2·2,63=19,76(см)– условная длина распределения нагрузи, где b=14,5-ширина полки балки настила;
tef =t+r =1,23+1,4=2,63(см)– расстояние от нагруженной грани полки до начала внутреннего закругления стенки, где t=1,23 см; r=1,4см.
Ryγc=24·1,1=26,4;
2,65<26,4- условие выполнено=> стенка балки обладает прочностью от местного давления.
Проверка общей устойчивости балки
- расчет на общую устойчивость не требуется.
4.2.Вариант №2
4.2.1.Расчет настила
Рис. 6
Страницы: 1, 2, 3
