Металлические конструкции

Размещено на http://allbest.ru

1. Исходные данные для курсового проектирования

1. Размеры в плане: 24х27 м.

2. Шаг колонн в продольном направлении: 9 м.

3. Шаг колонн в поперечном направлении: 12 м.

4. Нормативная полезная нагрузка: g^н=13 кН/мІ.

5. Коэффициент надежности по нагрузке: г_f=1,2.

6. Отметка верха габарита помещения: +7,400.

7. Отметка настила: +9,200

8. Отметка чистого пола первого этажа: 0,000.

9. Материал конструкций:

настил: сталь С255 с R_y=255 МПа;

балки настила: сталь С255 с R_y=255 МПа;

вспомогательные балки: сталь С255 с R_y=255 МПа;

главные балки: сталь С255 с R_y=255 МПа;

колонны: сталь С255 с R_y=255 МПа;

10. Материал фундаментов: бетон класса В12,5.

11. Расчётная температура: -25С

12.Сечение колонн: сплошное

2. Конструктивные решения балочной площадки

Балочные клетки могут быть нормального или усложненного типа :

а). Нормальный тип балочной клетки

б). Усложненный тип балочной клетки.

3. Расчет конструкции балочной площадки

Для расчета выбираем сталь: С255

(ВСт3кп21) по ГОСТ 27772-88

Модуль упругости: Е=2,06*10⁴ МПа

Коэффициент поперечной деформации (Пуассона): н=0.3

Удельный вес: г_ст=78,5 кН/см

3.1 Расчет балочной клетки нормального типа

Расчет настила.

а_бн=l_мн=1200 мм.

Отношение пролета настила к его толщине из условия заданного предельного прогиба:

где ;

n₀ -- заданное отношение пролета к его предельному прогибу (для настила n₀=150);

Определяем толщину настила:

Принимаем толщину настила 10 мм.

Собственный вес 1м² настила равен Р_н=78,5 кг или 0,785 кН/м².

Расчет балки настила.

Балку рассчитываем как свободно опертую, загруженную равномерной нагрузкой. Пролет равен шагу главных балок 6 м. Вес настила Р_н=0,785 кН/мІ.

Определяем нормативную линейную равномерно распределенную нагрузку на балку настила:

Определяем расчетную линейную равномерно распределенную нагрузку на балку настила:

,

где г_fз=1.05 - коэффициент надежности для собственного веса пастила; г_fg=1,2 -- коэффициент надежности по нагрузке

Расчетный изгибающий момент:

,

где = 9 м - длина балки настила

Определяем требуемый момент сопротивления балки:

,

где с₁=1,12-коэффициент, принимаемый по прил.5 [3],

г_c=1- коэффициент условий работы,

R_у=25,5 кН/см² расчетное сопротивление по пределу текучести для стали С255

Принимаем по сортаменту двутавр №40Б2 по ГОСТ 8239-89 с изм., имеющий: I_x=18530 см⁴, W_x=935,7 смі, вес g=54,8 кг/м, площадь сечения

А=69,72 смІ.

Условие W_x>W_тр удовлетворяется.

Проверка на прочность:

условие удовлетворяется.

Недонапряжение:

(25,5-21,939)/25,5*100%=13,96%>5%

Проверка выбранного профиля.

Определяем дополнительные усилия от собственного веса конструкции:



Расчётный момент от собственного веса:

Поперечная сила:

Q

Проверка нормальных напряжений:

Проверка относительного изгиба:

Определяем расход металла на 1 мІ перекрытия:

настил 0,01*7850=78,5 кг/мІ, балки настила g/a=54,8/1,2=45,66 кг/мІ.

Весь расход металла: 78,5+45,66=124,16 кг/мІ=1,25 кН/мІ.

3.2 Расчет балочной клетки усложненного типа

а_бн=l_мн=1000 мм

a_вб=3000 мм

Расчет балки настила

Балку рассчитываем как свободно опертую, загруженную равномерной нагрузкой. Пролет равен шагу второстепенных балок 3 м. Вес настила Р_н=0,785 кН/мІ.

Определяем нормативную линейную равномерно распределенную нагрузку на балку настила:

Определяем расчетную линейную равномерно распределенную нагрузку на балку настила:

Расчетный изгибающий момент:

,

Определяем требуемый момент сопротивления балки:

,

где с₁=1,12-коэффициент, принимаемый по прил.5 [3],

г_c=1- коэффициент условий работы,

R_у=25,5 кН/см² расчетное сопротивление по пределу текучести для стали С255

Принимаем по сортаменту двутавр №16Б1 по ГОСТ 8239-89 с изм., имеющий: I_x=689 см⁴, W_x=87,8 смі, вес g=12,7 кг/м, площадь сечения А=16,8 смІ.

Условие W_x>W_тр удовлетворяется.

Проверка выбранного профиля:

Проверка нормальных напряжений:

условие удовлетворяется.

Проверка относительного прогиба:

Условие выполняется

Расчет вспомогательной балки.



Рис. 3.2. Расчетная схема загружения вспомогательной балки.

Нагрузку на вспомогательную балку от балок настила считаем равномерно распределенной. Определяем нормативную и расчетную нагрузку на нее:

Определяем расчетную линейную равномерно распределенную нагрузку на балку настила:

Определяем расчетный изгибающий момент:

Определяем требуемый момент сопротивления

,

Принимаем по сортаменту двутавр №55Б1 по ГОСТ 8239-72 с изм., имеющий: I_x=55680см⁴, W_x=2051 смі, вес g=89,1 кг/м, площадь сечения А=113,37 смІ.

Условие W_x>W_тр удовлетворяется.

Проверка выбранного профиля:

Проверка нормальных напряжений:

условие удовлетворяется.

Проверка относительного прогиба:

условие удовлетворяется.

Определяем расход металла на 1 мІ перекрытия:

настил 0,01*7850=78,5 кг/мІ, балки g/a=42,4 кг/мІ,

Весь расход металла: 78,5+29,7=108,2 кг/мІ=1,082 кН/мІ.

3.3 Сравнение вариантов

Полученные величины расхода стали на 1 мІ площади балочной клетки сведены в таблицу 3.3.1:

Таблица 3.3.1

Расход стали на элементы (кг/м)	Вариант 1-нормальный тип БК	Эскиз сечения элемента	Вариант 2-усложненный тип БК	Эскиз сечения элемента
Металлический настил	78,5		78,5
Балки	45,66		42,4
Итого:	124,16		120,9

Поскольку 1 вариант больше 2-го менее чем на 4%, применяем 1 вариант поскольку он наименее трудоёмкий.

3.4 Расчет главной балки

Главные балки балочных клеток проектируют составными из листовой стали по ГОСТ 82-70^*. Соединение листов осуществляется сваркой или заклёпками. Большинство используемых составных балок - сварные, клёпаные балки применяются в основном при тяжёлой подвижной нагрузке, так как в этих условиях они значительно надёжнее сварных. В обычных условиях сварные балки более экономичны.

Расчетная схема балки приведена на рис. 3.4.1.



Рис. 3.4. а). Расчетная схема главной балки. б). Сечение главной балки.

Расчет главной балки ведется по наиболее оптимальной нагрузке на 1 м² перекрытия, высчитанной по двум схемам балочных клеток, наиболее оптимальной получилась балочная клетка нормального типа с шагом балок настила l_бн=1м и нагрузкой g =124,16кг/м~=1,24кН/м

Определяем нормативную и расчетную нагрузки на балку:

Определяем расчетный изгибающий момент в середине пролета:

Определяем поперечную силу на опоре:

Главную балку рассчитываем с учетом развития пластических деформаций. Определяем требуемый момент сопротивления балки, принимая коэффициент с₁=1,12:

Определяем оптимальную высоту балки по формуле:

При этом предварительно задаем высоту балки

принимаем t_w=11 мм.

Полученная высота и толщина стенки находятся в пределах рекомендуемых таблицей 7.2. (3) Из условий обеспечения жесткости, определяем минимальную высоту балки:

Определяем минимальную высоту балки по формуле:

Строительную высоту балки определяем, исходя из максимально возможной заданной высоты перекрытия и его конструкции:

Так как h_опт>h_min<h_max можно принять h_min или заменить сталь на менее прочную Сравнивая полученные высоты, принимаем высоту балки

h =102.5 см.

Проверяем принятую толщину стенки:

по эмпирической формуле

из условия работы стенки на срез

Сравнивая полученную расчетным путем толщину стенки с принятой, принимаем t_w=11 мм и приходим к выводу, что она удовлетворяет условию прочности на действие касательных напряжений и не требует укрепления ее продольным ребром жесткости для обеспечения местной устойчивости.

Определяем условную гибкость стенки:

условие выполнено.

Требуемая площадь сечения пояса:



Обычно ширина пояса принимается равной(1/3-1/5)h

Принимаем: см

мм) толщина пояса см

учитывая что

Значит: см

Для обеспечения устойчивости сжатого свеса пояса необходимо, чтобы соблюдалось условие:

см -это ширина свеса сжатого пояса.

-устойчивость сжатого свеса пояса обеспечена.

Проверка нормальных напряжений:

Определяем геометрические характеристики принятого сечения:

Момент инерции:



Момент сопротивления:

Проверяем нормальные напряжения в месте действия максимального изгибающего момента:

-условие не выполнено.

Принимаем:

Недонапряжения в балке:



Проверка и обеспечение местной устойчивости балки.

1. Местная устойчивость сжатого пояса балки считается обеспеченной, если соблюдается условие:

;

;

Проверка показала, что местная устойчивость пояса обеспечена.

2.Условная гибкость стенки:

Рёбра жёсткости не требуются.

Проверка жёсткости:

4. Расчет колонны

4.1 Подбор сечения колонны

Принимаем двутавровое сечение стержня колонны сваренным из трех листов (рис.3.1).

Расчетная длина стержня .

Расчетное усилие в стержне колонны

.

Задаемся гибкостью л=70 и находим соответствующее значение

ц=0,754 (прил. 7 [3]), предварительно определив требуемые:

площадь сечения

;

радиус инерции

Определяем требуемую высоту и ширину сечения:

Площадь одного пояса:

Площадь стенки:

Исходя из высоты и ширины сечения и площади поясов и стенки, определяем:

Толщину поясов: см

Толщину стенки: см

Высота стенки:

По назначенным размерам вычисляют фактические геометрические характеристики сечения:

Площадь брутто:

Момент инерции:

Радиус инерции:

Гибкость:



Проверка устойчивости:

Устойчивость колонны обеспечена.

Местная устойчивость:

Устойчивость обеспечена.

4.2 Расчет базы колонны

балка колонна момент напряжение

Базу колонны проектируем с траверсами для шарнирного закрепления колонны в плоскости поперечной рамы и шарнирного в другой плоскости.

Требуемая площадь опорной плиты базы определяется по формуле:



где - коэффициент , зависящий от отношения площади опорной плиты к площади обреза фундамента (в месте опирания на фундамент опорной плиты). Значения изменяются от 1,0 до 1,5 . Принимаем = 1,2

По ориентировочному значению коэффициента г=1,2, принимаем плиту размером 500х500 мм. Принимая площадь по обрезу фундамента А_ф=750х750 мм, корректируем значение г:

Площадь плиты:

Далее рассчитываем напряжение под плитой базы

<

Определяем моменты на консольном участке плиты:

Определяем момент на участке, опёртом по трём сторонам:

Участок 3 не проверяем, так как он имеет меньший консольный свес. Определяем толщину плиты по максимальному моменту

Принимаем плиту толщиной t_пл=25 мм.

Таким образом, с запасом прочности усилие в колонне полностью передается на траверсы, не учитывая прикрепления торца колонны к плите.

Прикрепление траверсы к колонне выполняется полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св08Г2С. Толщину траверс принимаем t_тр=10 мм, высоту принимаем:

Принимаем 30см

Проверяем нормальные напряжения в пролёте:

Толщина швов, прикрепляющих траверсы и рёбра к опорной плите:

Размещено на Allbest.ru