Размещено на http://www.allbest.ru/

• Содержание
• Исходные данные
• 1. Компоновка балочного перекрытия
• 1.1 Нормальный тип балочной клетки
• 1.2 Усложненный тип балочной клетки
• 2. Проектирование главной балки
• 2.1 Определение нагрузок, Компоновка и подбор главной балки
• 2.2 Изменение сечения главной балки по длине
• 2.3 Расстановка поперечных ребер. Проверки прочности и жесткости главной балки
• 2.4 Проверка общей устойчивости главной балки
• 2.5 Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки главной балки
• 2.6 Расчет поясных швов
• 2.7 Конструирование и расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах
• 2.8 Конструирование и расчет опорной части балки
• 3. Проектирование центрально-сжатой колонны
• 3.1 Проектирование стержня центрально-сжатой колонны
• 3.2 Конструирование и расчет опорного столика колонны
• 3.3 Конструирование и расчет базы колонны
• Список литературы

Исходные данные

Номер варианта - 1394

Шаг колонн в продольном направлении ;

Строительная высота перекрытия ;

Шаг колонн в поперечном направлении ;

Отметка настила ;

Тип настила - стальной настил;

Полезная нормативная нагрузка ;

Материал главной балки - сталь С345;

Сопряжение главной балки с колонной - главная балка примыкает к колонне сбоку;

Безраскосная система решетки(в виде планок);

Материал колонн - сталь С245;

База колонны - с траверсой;

Тип сечения колонны:

Рис.1. Тип сечения колонны.

Предполагаемый климатический район строительства - II₅ со средней температурой наиболее холодной пятидневки t?-30⁰C. Составные балки относятся к группе 2; стальной настил, прокатные балки и колонны - к группе 3.

Модуль упругости материалов для стальных конструкций Е=2,06*10⁵ МПа =2,06*10⁴ кН/см².

Коэффициент надежности по назначению принят г_n=1. Коэффициенты условий работы во всех случаях равны г_с=1, кроме проверки общей устойчивости балок, когда следует принимать г_с=0,95.

Габариты балочной клетки в плане 3L*3В. Материал стального настила - сталь С235, балок настила и вспомогательных балок - сталь С245. Класс бетона (по прочности на сжатие) - по выбору.

балочный монтажный колонна высокопрочный

1. Компоновка балочного перекрытия

1.1 Нормальный тип балочной клетки

Для определения шага балок настила выполняем расчет настила

Шаг главных балок:

Определяем наибольшее возможное отношение пролета настила, к его толщине для стального настила:

мм

где - предельный относительный погиб настила

E₁=E/(1-н²)=2.06*10⁴/(1-(0.3)²)=2,26*10⁴ кН/см²

Примерное количество балок настила. Для этого нужно задаться необходимой толщиной настила. Для

n'==1400/112,25=12,5

окончательно принимаем n=14 с шагом а=1,000м

Нагрузки на балки настила:

- погонная нормативная равномерно распределенная нагрузка

,

- погонная расчетная равномерно распределенная нагрузка

, где

 - коэффициент надежности по нагрузке от веса стального настила;

- коэффициент, учитывающий собственный вес балок настила;

- собственный вес настила, где

- плотность материала настила.

Максимальный изгибающий момент от действия расчетной нагрузки:

.

Максимальную поперечную силу от действия расчетной нагрузки:

.

Требуемый момент сопротивления:

, где

-коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций, предварительно принимаем

Из сортамента: двутавр 50Б1

;

;

;

;

;

;

;

Уточняем значение коэффициента :

;

.

Нормальное напряжение:

.

Недонапряжение балки настила:

.

Проверка прочности по касательным напряжениям в прокатных балках не делается, т.к. она легко удовлетворяется из-за относительно большой толщины стенок двутавров.

Проверка жесткости балок настила:

, где

- пролет балки настила;

- момент инерции сечения балки настила;

- предельный относительный прогиб балок настила.

Условие выполняется, значит, жесткость балки настила обеспечена.

Общую устойчивость балок настила можно не проверять при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный.

Расход стали на 1 м² балочной клетки:

.

1.2 Усложненный тип балочной клетки

Шаг

В усложненной балочной клетке нагрузка на главные балки передается со вспомогательных балок, которые располагаются с шагом b = 2 - 5 м. Количество вспомогательных балок принимается четным.

Вспомогательных балок:

.

Шаг балок настила:

.

t_n?l_n/80,18= 1,062/80,18=0.0132 м =13,2 мм

Принимаем толщину стальной плиты:

.

Нагрузки на балки настила:

, - собственный вес настила

- погонная нормативная равномерно распределенная нагрузка

.

- погонная расчетная равномерно распределенная нагрузка

.

Максимальный изгибающий момент от действия расчетной нагрузки:

.

Максимальную поперечную силу от действия расчетной нагрузки:

.

Требуемый момент сопротивления нетто:

, где

Из сортамента: балка двутавровая №18

;

;

;

;

;

;

;

Уточняем значение коэффициента :

;

.

Нормальное напряжение:

.

Проверка прочности по касательным напряжениям в прокатных балках не делается, т.к. она легко удовлетворяется из-за относительно большой толщины стенок двутавров.

Проверка жесткости балок настила:

, где

- пролет балки настила.

Условие выполняется, значит, жесткость балки настила обеспечена.

Определяем нагрузки на вспомогательные балки:

- погонная нормативная равномерно распределенная нагрузка

.

- погонная расчетная равномерно распределенная нагрузка

где - коэффициент надежности по нагрузке от веса балки настила.

Максимальный изгибающий момент от действия расчетной нагрузки:

.

Максимальную поперечную силу от действия расчетной нагрузки:

.

Требуемый момент сопротивления:

Из сортамента: двутавр 70Б1

;

;

;

;

;

;

;

Уточняем значение коэффициента :

;

.

Нормальное напряжение:

.

Недонапряжение балки настила:

.

Проверка прочности по касательным напряжениям в прокатных балках не делается, т.к. она легко удовлетворяется из-за относительно большой толщины стенок двутавров.

Проверка жесткости вспомогательных балок:

, где

- пролет второстепенной балки.

Условие выполняется, значит, жесткость вспомогательной балки обеспечена.

Проверка общей устойчивости вспомогательных балок в середине пролета:

Условие устойчивости:

, где

;

(с=с₁ в середине пролета);

- расстояние между осями поясов;

;

Т. к. , то принимаем .

;

.

Условие выполнилось.

Определяем расход металла на 1 м² усложнённой балочной клетки:

,

.

Сравнивая два типа балочных клеток, приходим к выводу, что наиболее экономичной является балочная клетка нормального типа, т.к. она легче в монтаже и экономичнее по расходу металла.

2. Проектирование главной балки

2.1 Определение нагрузок, Компоновка и подбор главной балки

Рис 5. Расчетная схема главной балки

Погонная нормативная нагрузка на главную балку:

.

Погонная расчетная нагрузка на главную балку:

.

Максимальный изгибающий момент и максимальная поперечная сила в сечении главной балки:

;

.

Рис 6. Сечение сварного двутавра

Требуемый момент сопротивления:

;

, где

- коэффициент, зависящий от конструктивного оформления балки;

- ориентировочная толщина стенки;

,где

- предварительная высота сечения балки;

, где

- величина, обратная предельному относительному прогибу главной балки .

Принимаем:

.

Принимаем сопряжение главной балки и балки настила в одном уровне.

.

Рис 7. Сопряжение балок в одном уровне

Окончательно принимаем: .

Определение толщины стенки из условий:

- прочности на срез

, где

- расчетное сопротивление стали сдвигу;

- высота стенки, где

- толщина пояса.

- местной устойчивости без укрепления продольными ребрами жесткости

Определяем толщину стенки:

;

Принимаем:

.

Требуемый момент инерции сечения балки:

.

Требуемый момент инерции поясных листов:

.

Требуемая площадь сечения одного пояса:

, где

- расстояние между осями поясов.

Ширина пояса балки:

;

;

Принимаем:

.

Проверка местной устойчивости:

Т. к. условие не выполняется, то местную устойчивость проверяем по формуле:

;

, где

- расчетная ширина сжатого пояса.

Условие выполняется, значит, местная устойчивость обеспечена.

Окончательно принимаем:

Проверка несущей способности:

, где

;

- условная гибкость стенки;

.

Условие выполняется, значит, несущая способность обеспечена.

Проверка прочности балки по нормальным напряжениям:

Фактические геометрические характеристики сечения:

;

;

.

2.2 Изменение сечения главной балки по длине

Рис 8. Изменение сечения главной балки

Т. к. длина пролета балки равна 14 м, то экономически целесообразно уменьшить сечение в местах снижения изгибающих моментов.

Расстояние от опоры до места изменения сечения:

;

Принимаем:

.

Расчетные усилия в местах изменения сечения:

;

.

Расчетное сопротивление стыкового шва растяжению при отсутствии физического контроля качества шва:

.

Требуемый момент сопротивления измененного сечения:

.

Требуемый момент инерции измененного сечения:

.

Требуемый момент инерции поясных листов:

.

Требуемая площадь уменьшенного сечения одного пояса:

.

Толщина пояса остается постоянной:

;

Ширина пояса:

;

;

;

;

Принимаем:

.

Проверка прочности по максимальным растягивающим напряжениям в стыковом шве:

, где

- момент сопротивления измененного сечения;

- момент инерции измененного сечения.

2.3 Расстановка поперечных ребер. Проверки прочности и жесткости главной балки

Т. к. , то для укрепления стенки главной балки требуется установка поперечных ребер жесткости.

Ребра жесткости устанавливаем под каждой балкой настила.

Ширина выступающей части ребра:

;

Принимаем:

.

Толщина ребра:

;

Принимаем:

.

Рис 9. Парные симметричные ребра жесткости

Проверка прочности опорного сечения на срез по максимальным касательным напряжениям:

, где

- статический момент уменьшенного полусечения балки относительно нейтральной оси.

Условие выполняется, значит, прочность опорного сечения на срез по максимальным касательным напряжениям обеспечена.

Под каждой балкой настила имеется ребро жесткости, поэтому проверка прочности стенки главной балки по местным напряжениям не требуется:

.

Проверка совместного действия нормальных и касательных напряжений:

Рис 10. Распределение напряжений в сечении

, где

- нормальное напряжение в точке B в месте изменения сечения балки;

- касательное напряжение в точке B в месте изменения сечения балки, где

- статический момент уменьшенного сечения пояса балки относительно нейтральной оси.

Условие выполняется, значит, прочность на совместное действие нормальных и касательных напряжений обеспечена.

Жесткость главной балки обеспечена, и ее можно не проверять, т. к. высота главной балки принята больше минимальной.

2.4 Проверка общей устойчивости главной балки

Условие устойчивости:

1)В середине пролета главной балки:

, где

;

(с=с₁ в середине пролета);

;

;

;

;

.

2)В уменьшенном сечении главной балки:

, где

;

;

;

;

,

;

.

Условия для середины пролета и для уменьшенного сечения выполняются, поэтому общую устойчивость главной балки можно не проверять.

2.5 Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки главной балки

Средний отсек:

, где

- сжимающее напряжение у расчетной границы стенки, где

, где

- среднее касательное напряжение;

.

- критическое нормальное напряжение, где

- коэффициент, определяемый в зависимости от ;

, где

- при непрерывном опирании плит на сжатый пояс;

Условие выполняется, значит, местная устойчивость сжатого пояса и стенки главной балки в среднем отсеке обеспечена.

Третий отсек

Ширина отсека:

, где

- сжимающее напряжение у расчетной границы стенки, где

, где

;

- среднее касательное напряжение;

- критическое нормальное напряжение, где

- коэффициент, определяемый в зависимости от ;

, где

- при непрерывном опирании плит на сжатый пояс;

-

критическое касательное напряжение, где

- отношение большей стороны пластинки (отсека) к меньшей;

- гибкость пластинки, где

- меньшая из сторон пластинки.

Условие выполняется, значит, местная устойчивость сжатого пояса и стенки главной балки в крайнем отсеке обеспечена.

2.6 Расчет поясных швов

Требуемый катет углового шва по металлу шва:

;

Требуемый катет углового шва по границе сплавления:

, где

- при двусторонних швах;

- коэффициенты, учитывающие глубину провара;

- коэффициенты условий работы шва;

- расчетное сопротивление угловых швов условному срезу по металлу шва

- расчетное сопротивление угловых швов условному срезу по металлу границы сплавления, где

- временное сопротивление стали разрыву;

Принимаем катет шва:

.

2.7 Конструирование и расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах

Доля изгибающего момента, приходящегося на пояса:

Доля изгибающего момента, приходящегося на стенку:

, где

- момент инерции стенки.

Для монтажного стыка принимаем высокопрочные болты диаметром 24 мм.

Диаметр отверстий под болты принимаем 27 мм.

Расчетное усилие, воспринимаемое каждой поверхностью трения:

, где

,где

- нормативное сопротивление стали болтов;

- коэффициент трения;

- коэффициент надежности;

- площадь сечения болта нетто;

- коэффициент условий работы соединения;

Расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом:

, где

- количество поверхностей трения, соединяемых элементов.

Проектирование стыка поясов:

Продольное усилие, приходящееся на один пояс:

.

Принимаем ширину накладок:

;

.

Толщина накладок:

;

Принимаем:

.

Количество болтов для прикрепления накладок к одному поясу по одну сторону стыка:

;

Принимаем 22 болта.

По краю стыка должно выполняться условие:

;

.

.

В середине стыка должно выполняться условие:

;

Принимаем 2 накладки размером 500х880х12 и 4 накладки 250х880х12

Проектирование стыка стенки:

Максимальное горизонтальное усилие от изгибающего момента, действующего на каждый крайний наиболее нагруженный болт:

, где

- число вертикальных рядов по одну сторону стыка;

- предварительное расстояние между крайними по высоте рядами болтов;

- коэффициент, зависящий от количества рядов болтов по вертикали;

Принимаем:

.

Принимаем количество рядов болтов:

.

Шаг болтов:

;

Принимаем:

.

- уточненное расстояние между крайними по высоте рядами болтов.

Проверка несущей способности стыка стенки:

, где

.

2.8 Конструирование и расчет опорной части балки

Требуемая площадь опорного ребра:

, где

- опорная реакция главной балки;

- расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности

Задаемся толщиной опорного ребра

.

Площадь опорного ребра:

.

Ширина выступающей части ребра:

;

Принимаем:

.

Ширина примыкающих участков стенки:

;

Принимаем:

.

Проверка устойчивости опорного участка балки:

, где

- коэффициент продольного изгиба стойки

- гибкость стойки

- площадь сечения условной стойки

, где

- момент инерции опорного ребра жесткости.

Условие выполняется, значит, устойчивость опорного участка балки обеспечена.

Определение катета углового шва:

;

Принимаем

;

, где

- длина рабочей части шва.

3. Проектирование центрально-сжатой колонны

3.1 Проектирование стержня центрально-сжатой колонны

Рис 12. Сечение сквозной колонны

Расчетное усилие на колонну:

.

Задаемся гибкостью:

.

Условная гибкость:

.

T. к. , то

- коэффициент продольного изгиба относительно материальной оси x.

Требуемая площадь:

.

Требуемая площадь одной ветви:

.

Т.к. максимальная площадь для данного сечения составляет 61,5 см2, то принимаем сечение колонны: 2 двутавра.

Принимаем двутавр 55Б2:

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Радиус инерции сечения относительно оси x-x:

.

T. к. , то

Устойчивость относительно материальной оси:

, где

- фактическая площадь сечения.

Недонапряжение стойки:

.

Расчетная длина колонны:

, где

- геометрическая длина колонны от фундамента до низа главной балки;

- коэффициент приведения длины стержня (для стойки, закрепленной шарнирно с обоих концов);

- заглубление подошвы колонны ниже нулевой отметки.

Требуемая гибкость относительно свободной оси y:

, где

- гибкость отдельных ветвей при изгибе в плоскости, проходящей через стенку двутавра.

Требуемый радиус инерции:

.

Требуемое расстояние между осями двутавров:

;

Принимаем:

.

Определяем размеры и расположение планок:

Ширина планок:

;

Принимаем:

.

Принимаем толщину листов планок конструктивно:

.

Длина планок:

;

Принимаем:

.

Расстояние между планками:

.

Принимаем 7 планок жесткости с шагом l=lk/8=1,075m

Проверка условий для размеров и расположения планок:

;

;

, где

- момент инерции одной из планок, лежащей в плоскости, перпендикулярной плоскости 1-1;

Принимаем:

.

- момент инерции сечения ветви относительно оси 1-1;

Условия выполняются.

Окончательная проверка относительно свободной оси:

Момент инерции относительно свободной оси:

.

Радиус инерции относительно свободной оси:

.

Гибкость относительно свободной оси:

.

Приведенная гибкость:

.

Устойчивость колонны обеспечена.

Расчет решетки:

Условная поперечная сила:

, где

- коэффициент продольного изгиба при приведенной гибкости.

Перерезывающая сила и изгибающий момент в месте прикрепления планок:

;

, где

- условная поперечная сила, приходящаяся на систему планок, расположенных в одной плоскости.

Проверка прочности угловых швов по равнодействующему напряжению:

где

- коэффициент, учитывающий глубину провара;

- коэффициенты условий работы шва;

- расчетное сопротивление угловых швов условному срезу по металлу шва;

- катет шва;

- длина рабочей части шва;

3.2 Конструирование и расчет опорного столика колонны

Для сопряжения колонны с балкой принимаем болты М20.

Диаметр отверстий для болтов:

.

Толщина опорного столика:

.

Ширина опорного столика:

.

Верхний торец опорного столика и нижний торец опорного ребра главной балки фрезеруются.

Сварка принимается полуавтоматическая в среде защитного газа.

Требуемая длина швов:

, где

;

Принимаем:

.

- учитывает возможную неточность изготовления.

Принимаем расположение швов по трем сторонам столика.

Высота столика:

;

;

Принимаем:

.

3.3 Конструирование и расчет базы колонны

Для изготовления фундамента принимаем бетон класса B15.

, где

- расчетное сопротивление бетона смятию, где

- коэффициент, зависящий от класса бетона;

- призменная прочность бетона;

;

Принимаем

.

Принимаем размеры опорной плиты: ,

Фактическая площадь опорной плиты:

, где

-площадь верхнего обреза фундамента

Фактическое напряжение в фундаменте

Рис.19 Опорная плита колонны

Изгибающие моменты на участках: I, II, III

а=51,08 см; в=54,52 см;



b1=(900-680)/2=110

с= 49 мм;

Максимальный момент в опорной плите:

Определяем толщину плиты из условия прочности:

Изменяем расчетную схему плиты постановкой дополнительной диафрагмы на участке один.

Максимальный момент в опорной плите на участке 2.

Определяем толщину плиты из условия прочности:

Принимаем:

Принимаем полуавтоматическую сварку.

Определяем высоту траверсы:

- коэффициенты, учитывающие глубину провара;

- коэффициенты условий работы шва;

- расчетное сопротивление угловых швов условному срезу по металлу шва.

Принимаем катет шва:

Принимаем высоту траверсы:

Погонная нагрузка на одну ветвь траверсы:

В опорном сечении траверсы:

Проверка прочности траверсы:



Условие выполняется:

В пролетном сечении траверсы:

,

Расчет горизонтальных угловых швов, которыми траверсы приварены к опорной плите:

Принимаем:

- коэффициенты, учитывающие глубину провара;

- коэффициенты условий работы шва;

- расчетное сопротивление угловых швов условному срезу по металлу шва.

Список литературы

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

М. : ЦИТП Госстроя СССР. 1990.

Металлические конструкции. Общий курс : Учебник для вузов / Под общ. ред. Е.И.Беленя .М.:Стройиздат,1986.

Расчет стальных конструкций :Справочное пособие Я.М. Лихтарников и др. - Киев : Будiвельнiк, 1984.

4. Методическое пособие к курсовому проекту по дисциплине «Металлические конструкции» на тему «балочная клетка» под редакцией Кудрявцева В.А.

Размещено на Allbest.ru