Стальной каркас производственного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет

Факультет «Архитектурно-строительный»

Кафедра «Строительные конструкции и сооружения»

Курсовая работа

По дисциплине

«Металлические конструкции»

По заданию

«Стальной каркас производственного здания»

2018

1. Расчет балочных конструкций

Основными элементами перекрытий зданий являются стержни двутаврового сечения,работающие на изгиб,называемые балкой.

1.1 Конструктивные решения балочных перекрытий

Перекрытия представляют собой систему пересекающихся балок, называемые балочной клеткой. Балочные клетки состоят из системы главных балок, перекрывающих большой пролет и вспомогательных второстепенных балок, перекрывающих меньший пролет. В данной работе большой пролет -9 метров, а меньший - 6 метров.

Схема балочного перекрытия -балочной клетки показана на рис.1

Рис.1 Схема балочной клетки

1- Грузовая площадь вспомогательной балки

2- Грузовая площадь главной балки

3- Грузовая площадь колонны

1.2 Определение нагрузок на балки

Нагрузка на перекрытие принята равномерно распределенной. На рис. 1 цифрами указаны грузовые площади для определения нагрузок соответственно для главных и вспомогательных балок перекрытия и колонн.

Временная нагрузка =10,0 кн/м

Постоянная нагрузка Р=0,54 кн/м

Нормативная нагрузка =0,54+10,0=10,54 кН/м

Расчетная нагрузка на перекрытие, составляет =0,54*1,05+10*1,2=12,56кН/м

1.3 Конструирование и подбор сечения вспомогательной балки

В соответствии с рис.1 погонная равномерно распределенная нагрузка на вспомогательную балку составляет

=*а=12,56*1=12,56 кн/м

Здесь а=1 является шагом вспомогательных балок.

Рис.2. Расчетная схема вспомогательной балки

===38 кН;===56 кН *м

Требуемый момент сопротивления равен

===243 см

Для вспомогательных балок принимаем прокатный двутавр № 24 по ГОСТ 8239-89 из стали С235 с Rу =23 кН/см,так как балки перекрытий относятся к 3 группе конструкций (табл.50 )

По сортаменту

W=289; Jх=3460 ;Ix=9,97 см; S=163; I y=198; Wy=34,5; Ву=2,37;

Фактическое напряж.

===19,37=23кн/см

Проверка жёсткости (прогиба) балки. Нормируемый прогиб принимаем по СНиП;.Прогиб проверяется на действие нормативной нагрузки.

==10,4 кн/м = 0,1 кн/см

Относительный прогиб

====

Жесткость обеспечена

1.4 Конструирование и подбор сечения главной балки

Грузовая площадь для расчета главной балки показана на рис.1 цифрой 2.Погонная равномерно распределенная нагрузка на главную балку равна произведению расчетной нагрузки на 1 квадратный метр на пролет второстепенной балки=*lв.б=12,56*6=76кH/м

Рис.3 Расчетная схема главной балки

Максимальные значения изгибающего момента и поперечной силы равны:

===342кН;===769 кН *м

Главные балки сварные относятся ко первой группе ответственности. По таблице 50 принимаем сталь С255.При толщинах прокатного листа от 4 до 20 мм расчетное сопротивление по пределу текучести по табл.51*R у= 24,5 кН/см

Требуемый момент сопротивления сечения равен:

===3138 см, где h=:)l кратно 100

Оптимальная высота балки =0,8 см;

h=k*=1,15*72 см

Принимаем h=80=0,8 см

Проверяем условие hотп/=72/0,8=101 Размеры сечения балок в обозначениях СНиП изображении на рис.4.

Рис. 4.

При гибкости стенки 100 сечение оптимально при закреплении стенки сварной балки поперечными ребрами жесткости.

Находим требуемый момент инерции

=Wтр*h/2;=+

Стенка

===34133; =2***=

=h-0.5(h-)

Определяем размеры полок главной балки

=Wтр*hорt/2=3138*72/2=112968

*=;

= -=112968-34133=78835

Принимаем =1,6 см, тогда

40 мм

=(1/3:1/5)*h180:200

Принимаем=1,6 см; тогда

=;

Принимаем =25 см

Проверяем местную устойчивость пояса, при (10….14); 25/2*1,6=7,8110 т.е. местная устойчивость пояса обеспечена.

Проверка прочности балки по нормальным и касательным напряжениям для принятых размеров сечения.

Jф=*2***=+2*25*1.6*(81,6/2)=34133+128000=

=162133 см

Wф===4503 см

===17,05=24 кН/ см

По нормальным напряжениям сварная балка удовлетворяет требованиям прочности

=24кН/ см

Sх=**+*=25*1.6*+0.8**=1120+828=1948 см

По табл. П 1..СНип расчетное сопротивление срезу определяется форм.

Rs=0,58*Rуп/т= 0,58*Rу

Для листовой стали С 255 Rs=0,58*24=13,92 кн/ см

====6,04Rs*=13.92 кн/ см

В опорном сечении поперечная сила воспринимается только стенкой, так как поясные сварные швы в начале и конце швов имеют не провары. В этом случае

мin =1,5=1.5=0.46см

Принятая =0,8 удовлетворяет требованиям обеспечения работы опорного сечения балки на срез.

Проверяем жесткость прогиб главной балки. В соответствии с нормами

допустимы прогиб принимаем методом интерполяции от . .Нормативная нагрузка на балку

==63 кн./см; - коэфф. надежности по нагрузке.

=*===

Прогиб балки меньше предельного. Жесткость прогиб балки обеспечена.

1.5 Расчет узла сопряжения вспомогательной балки с главной

Выполним соединение на болтах класса прочности 4,6 с диаметром 16 мм,

Ав =2,01 см.Болты в соединении работают на срез и смятие. Расчетное усилие воспринимаемое одним болтом на срез

Nb=Rbs**Ab*ns=15*0,9*2,0*1=27,14 кН,

где Rbs - расчетное сопротивление болта на срез равное 15 кН/ см;

-коэффициент надежности болтового соединения по условиям работы болтов класса точности В и С, равный 0,9

Ab - Расчетная площадь сечения стержня болта;

ns=чисел расчетных срезов одного болта равное l.

Расчетное усилие болта на смятие

Nb=Rbp**d*,

где Rbp-расчетное сопротивление смятию элементов,определяемое по

таблице 59*3 равное 43кН/ см; d-диаметр болта, равный 16 мм;

-минимальная суммарная толщина элементов,сминаемых в одном направлении, равная толщине стенки вспомогательной балки 0,52 см.

Nb=43.0*0.9*1.6*0.52=32.2кН

Соединение балок показано на рис. 5

Рис.5 Соединение вспомогательной балки с главной

Количество болтов в соединение

n===1,4

Принимаем соединение на двух болтах.

балка колонна сечение двутавр

2. Расчет стержня центрально сжатой колонны

2.1 Расчетная схема. Определение нагрузок на колонну

Нагрузка на колону определяется с грузовой площади, колонны которая на рис.1 обозначена цифрой 3.

Геометрические размеры колонны и схема опорных частей изображены на рис.6.

Рис.6.Схема колонны

а) конструктивная схема; б) расчетная схема

Как было указано при расчете балок перекрытия, расчетная нагрузка на перекрытие составляет 12,56кН/м. С учетом грузовой площади для колонны нагрузка составляет

*Агр=12,56*6*9=678кН

С учетом собственного веса колонны составляющего 5 от нагрузки на перекрытия, расчетная нагрузка равна

N=+0,05*=678+0,05*678=712кН

Балки перекрытия опираются сверху на оголовок колонны, а база колонны крепится к фундаменту двумя анкерными болтами за опорною плиту. Таким образом, стержень колонны сверху и снизу закреплен шарнирно. Поэтому 3,8+0,5=4,3м

Для колонн использована сталь С235 по ГОСТ 27772-88, для которой по табл. 513 Rу=23кН/см. Обычно применяют различные варианты сечений стержней центрально сжатых колонн.

Далее рассмотрим три варианта:

-Колонна из прокатного двутавра типа «К» по ГОСТ 26020-83;

- Колонна из электросварных труб по ГОСТ10704-76;

- Колонна из сварного двутавра из толстолистовой стали.

2.2 Подбор сечения колонны

2.2.1 Вариант 1. Колонна из прокатного двутавра типа «К»

Основная расчетная формул:

=;=100;=0,542;

Формула содержит два неизвестных: А - площадь сечения и -коэффициент продольного изгиба при центральном сжатии. Предварительно принимаем гибкость =100, по таблице 72 СНип для гибкости 100=0,542.Используя эти данные можно определить требуемую площадь сечения колонны.

====57,11см;

Используя колонный двутавр по ГОСТ 26020-83.Принимаем двутавр 20К2, для которого S=59.7; =8,61;=5,07

==430/8,61=49,94;=0,897

==430/5,07=84,81=0,636

=

=

Рис.7. Размеры сечения двутавра

Проверяем соответствие предельной гибкости =127

По таблице 19*

====0,81

127180-60*0,81=131,4

Гибкость колонны относительно оси у-у не превышает предельную по нормам.

2.2.2 Вариант 2. Колонна из электросварной трубы

Учитывая большую гибкость варианта из прокатного колонного двутавра примем предварительную гибкость =100; по нормам =0,542

====57,11 см;

По сортаменту ГОСТ 10704-91 принимаем трубу диаметром 325 мм с толщиной стенки 6 мм.

А= 60,13 J=11,28 см;

== 430 /11,38= 37,78 ;=0,925 ;

=

2.2.3 Колонна из сварного двутавра

С учетом размеров прокатного двутавра 20К2, принятого в варианте 1,назначим размеры сварного сечения из листовой стали(Рис.8)

Рис.8 Сечение сварного двутавра

Вычислим геометрические характеристики принятого сечения.

=*/12+2***=0,8*+2*20*1.2*=351+4704=

=5055

=**3/12=2*1,2*=1600

А=*+*=0,8*17,4+2*1,2*20=62

==8,6 см;==5 см;

==50;==86

=0,860;=0,673;

=

=

Проверка гибкости колонны по СНиП

====0,74

Вычисляем предельную гибкость

=180-60*0,74=135,6

127135,6

Литература

1.Металлисческие конструкции: учебник для студентов высших учебных заведний /И.Ю. Кудишин, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др.; под редакцией Ю.И. Кудишина - 8-е издание, перер. и дополн. - М.Издательский центр «Академия» 2006

2. Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Элементы стальных конструкций: учебное пособие для строит.вузов /В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др; под редакцией В.В. Горева - М.: Высш.школа-1997

3. СНиП 2-23-81* Стальные конструкции. Нормы проектирования - М :ГУП ЦПП, 2001.

4СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия - М.:ГУП ЦПП,2004

Размещено на Allbest.ru