Проектирование металлической балочной клетки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Пермский государственный технический университет

Строительный факультет

Кафедра строительных конструкций

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовому проекту на тему

Металлическая балочная клетка

Выполнил гр. ПГС07

Краснов В.Г.

Руководитель Чазова А.К.

г. Пермь 2010

Содержание

1. Исходные данные на проектирование

2. Расчёт стального настила

3. Расчёт балки настила Б2

4. Расчёт главной балки

4.1 Сбор нагрузок на главную балку

4.2 Конструктивный расчёт

4.3 Изменение сечения главной балки

4.4 Расчет соединения поясов со стенкой

4.5 Проверки местной устойчивости элементов главной балки

4.6 Сопряжение балок настила с главными балками

4.7 Расчет опорного ребра главной балки

4.8 Монтажный стык главной балки

5. Расчет центрально сжатой колонны К4

5.1 Расчет сплошного сечения

5.2 Расчет сквозного сечения

6. Список литературы

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Буква Ф.И.О.	№ п/п	Исходные данные	Условные обозначения	Ед. изм.	Размер, величина, сталь
К	1	Шаг балок настила	а	м	1,6
Р	2	Пролет балок настила	l	м	5,2
А	3	Пролет главных балок	L	м	9,0
С	4	Нормативная постоянная нагрузка	qⁿ_пост	кН/м²	8,0
Н	5	Нормативная временная нагрузка	qⁿ_вр	кН/м²	17,0
О	6	Высота этажа	H	м	6,0
В	7	Сталь балок настила			С345
В	8	Сталь колонн			С345
А	9	Сталь поясов главной балки			С255
Л	10	Сталь настила, стенки главной балки			С245
Е	11	Класс бетона фундамента			В10
Н	12	Коэффициент надежности по нагрузке (постоянной)	γ_f^пост		1,1
Т	13	Коэффициент надежности по нагрузке (временной)	γ_f^вр		1,3
И	14	Тип настила тАУ стальной с относительным прогибом
Н	15	Типы электродов, марки сварочной проволоки [СНиП П-23-81*, табл. 55]

КОМПОНОВКА БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ

Балочная клетка одноэтажной рабочей площадки, рекомендуемая к разработке по заданию, соответствует нормальному типу балочных клеток и представляет собой систему пересекающихся несущих балок (главных балок и балок настила), на которые опирается плоский стальной настил. Постоянные и временные нагрузки в балочной клетке нормального типа передаются с настила на балки настила, которые в свою очередь передают их на главные балки, опирающиеся на колонны.

В курсовом проекте в учебных целях принимаются главные балки, состоящие из двух взаимозаменяемых отправочных элементов. Так как главные балки имеют посередине монтажные стыки, то балки настила располагают симметрично относительно середины пролета главных балок. Для упрощения сопряжения балок настила с главными необходимо среднюю часть пролета главной балки оставить свободной, т.е. балка настила не должна приходиться на монтажный стык. Сопряжение балок настила с главными балками принимается в одном уровне верхних поясов.

Рис. 1.1 Монтажная схема балочной клетки а тАУ план, б тАУ разрез 1-1

Для балок настила марки Б1 ширина грузовой площади составляет а^/ / 2 = 1 / 0,5 = 0,25 м, для балок настила Б2 ширина грузовой площади равна шагу этих балок а = 1,6 м. На главные балки марки Г1 нагрузка собирается с ширины l / 2 = 5,2 / 2 = 2,6 м. Для главных балок Г2 ширина грузовой площади равна расстоянию между главными балками или пролету балок настила l = 5,2 м.

Площади сбора нагрузок на колонны:

К1 тАУ = = 11,7 м² ; К2 тАУ = = 23,4 м² ;

К3 тАУ = = 23,4 м² ; К4 тАУ L В· l = 9 В·5,2 = 46,8 м².

Рис. 1.2 Монтажная схема балочной клетки с грузовыми площадями на несущие элементы: 1 тАУ настил, 2 тАУ балка настила Б2, 3 тАУ главная балка Г2, 4 тАУ колонна К4

2. РАiЕТ СТАЛЬНОГО НАСТИЛА

Определяем толщину настила из условия прогиба. Первоначально примем толщину настила мм, так как кН/м.

Плотность стали кН /м, коэффициент надежности по нагрузке для конструкций из стали .

Сбор нагрузок на настил производим в табличной форме

Таблица 2.1 Нагрузка на 1 мнастила

N п/п	Вид нагрузки	Усл. обозн.	Ед. изм.	Нормативная нагрузка	Коэффициент надежности по нагрузке γ_f	Расчётная нагрузка
Постоянные нагрузки
1	Собственный вес настила t_нВ· γ_s = 0,012В· 78,5	q_сн	кН/м²	0,942	1,05	0,989
Временные нагрузки
2	Длительные (вес оборудования)	q_вр.дл.	кН/м²	8	1,1	8,8
3	Кратковременная (вес продукции)	q_вр.кр	кН/м²	17	1,3	22,1
	Итого		кН/м²	25,942		31,89

Расчет сочетаний нагрузок

Суммарное значение нормативной нагрузки на настил

= (0,942 + 0,95*8 + 0,9*17)*0,95 = 22,65 кн/м²

где: Ψ₁=0,95 тАУ коэффициент сочетаний для временных длительных нагрузок;

Ψ₂=0,90 тАУ коэффициент сочетаний для временных кратковременных нагрузок;

γ_n=0.95 тАУ коэффициент надежности для II группы ответственности здания;

Требуемая толщина настила

пролет настила

Ориентировочно ширина полки балки настила принимается = 0,1 м, тогда расчетный пролет настила равен 160 тАУ 10 = 150 см.

Рис. 2.1 Стальной настил: а тАУ конструктивная схема б тАУ расчётная схема

;

= 150; тАУ цилиндрическая жесткость пластинки;

= = 2,31В·10 кН/см;

= 0,3 тАУ коэффициент Пуассона.

где - нормативная нагрузка на настил в кН/м².

Требуемая толщина настила

= 1,52 см; принимаем мм.

Полученная толщина настила из условия жесткости больше рациональной мм, поэтому принимаем мм, настил подкрепляем ребрами, расположенными перпендикулярно балкам настила.

Шаг ребер

см.

Принимаем шаг ребер 90 см.

Рис. 2.2 расстановка рёбер жесткости

Расчетная схема настила с ребром жесткости представляет собой однопролетную балку таврового сечения пролетом l_р, равным расстоянию между центрами площадок опирания настила на балки. В состав условного сечения балки включена часть настила шириной:

где ;

кН/см при t = 8 мм табл. 51 [1]; E = 2,1В· 10 кН/см;

=19,03 см; = 39,06 см;

см < см.

= 10 см

Рис. 2.3 Настил, усиленный ребрами жесткости: а тАУ конструктивная схема; б тАУ расчетная схема

Геометрические характеристики расчетного сечения настила, подкреплённого ребрами:

= 39,06 В· 1 + 10 В· 1 = 49,06 смтАУ площадь сечения.

Находим положение центра тяжести относительно оси х₁

=3,5 см,

где = 4+0,4 = 4,4 см.

Момент инерции относительно оси х

Момент сопротивления относительно оси х

см; =7,5 см.

Проверка несущей способности настила, подкрепленного ребрами

Таблица 2.2 Нагрузка на 1 мнастила, усиленного ребрами жесткости

N п/п	Вид нагрузки		Усл. обозн.	Ед. изм.		Нормативная нагрузка		Коэффициент надежности по нагрузке γ_f		Расчётная нагрузка
Постоянные нагрузки
1	Собственный вес настила t_нВ· γ_s = 0,01В· 78,5	q_сн			кН/м²		0,785		1,05		0,824
	С.в. ребер жесткости	q_p			кН/м²		0,087		1,05		0,092
Временные нагрузки
2	Длительные (вес оборудования)		q_вр.дл.	кН/м²		8		1,1		8,8
3	Кратковременная (вес продукции)		q_вр.кр	кН/м²		17		1,3		22,1
	Итого			кН/м²		25,872				31,816

Суммарное значение нормативной нагрузки на настил с учетом веса ребер

= = (0,785+0,087+0,95*8+0,9*17)*0,95= 22,58 кн/м²

Погонная нормативная нагрузка на балку условного сечения

кН/м.

Суммарное значение расчетной нагрузки на настил

== (0,824+ 0,092+ 0,95*8,8+ 0,9*22,1)* 0,95 = 29,17 кн/м²

Погонная расчетная нагрузка

кН/м.

Максимальный изгибающий момент в настиле

= 6,64 кНм.

Максимальная поперечная сила

= 17,72 кН

Растягивающее цепное усилие (распор)

; =1,23;

кН/см.

Проверка прочности по нормальным напряжениям

= 20,69 кН/см <=24,5 кН/см.

прочность настила, подкрепленного ребрами с шагом см по нормальным напряжениям обеспечена.

Проверка прочности по касательным напряжениям

;

где = 0,58 В· 24,5 = 14,21 кН/см.

= 0,45 кН/см < 14,21 кН/см тАУ прочность по касательным напряжениям обеспечена.

Проверка жесткости настила

жесткость настила обеспечена.

3. РАiЕТ БАЛКИ НАСТИЛА Б2

Балка настила Б2 выполняется из прокатного двутавра. Подберем 3 типа двутавров и выберем из них наиболее экономичный.

1) Двутавр с не параллельными гранями полок по ГОСТ 8239-89.

2) Двутавр балочный с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83.

3) Двутавр широкополочный с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83.

Статический расчет

Определяем расчетную схему балки. Примем разрезную балку настила пролетом l. Расчет балки настила производится на нагрузку, собранную с грузовой площади шириной ВлаВ».

Рисунок 3.1 Схема определения грузовой площади балки настила

Нормативная нагрузка от собственного веса балки в первом приближении может быть принята 0,3-0,5 . Принимаю q¹_сб=0,4. Сбор нагрузки выполняется в табличной форме (табл. 3.1.). Предварительно найдем эквивалентную толщину настила t_н, усиленного ребрами жесткости.

Эквивалентная толщина настила:

Таблица 3.1 Нагрузка на балку настила Б3.

№	Вид нагрузки	Условное обозначение	Единицы измерения	Нормативная нагрузка	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка
Постоянные нагрузки
1	Собственный вес настила			0.872	1,05	0.916
2	Собственный вес балки настила			0,4	1,05	0,42
Временные нагрузки
3	Длительные (вес оборудования)	q_вр.дл.		8,0	1,1	8,8
4	Кратковременная (вес продукции)	q_вр.кр		17,0	1,3	22,1
	Итого:			26,272		32,236

Суммарное значение нормативной нагрузки на балку:

==(0,872+0,4+0,95*8+0,9*17)*0,95=22,86кн/м²

Погонная нормативная нагрузка на балку настила:

кН/м.

Суммарное значение расчетной нагрузки на балку настила:

== (0,916+0,42+ 0,95*8,8+ 0,9* 22,1) * 0,95 = 28,11 кн/м²

Погонная расчетная нагрузка:

Рис. 3.2 Расчетная схема балки настила

Максимальный изгибающий момент:

Максимальная поперечная сила:

Конструктивный расчет. Подбор сечения балки.

Согласно пункту 5.18* учитываем развитие пластических деформаций.

По табл. 51 для стали С345 по ГОСТ 27772-88 для фасонного профиля при толщине Þ.

По табл. 66 принимаем в первом приближении для двутавра.

По табл. 6

Проверка сечения.

Вариант 1. Двутавр с не параллельными гранями полок. I№30

Расчетная погонная нагрузка на балку:

Уточняем изгибающий момент и поперечную силу:

По табл. 66 интерполяцией находим коэффициент с_х.

с_х=

Уточняем расчетное сопротивление, определенное по пределу текучести, с учетом толщины полки:

При t_f= 10,2 мм R_y = 34 кН/см²

Проверка прочности по нормальным напряжениям:

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена.

Проверка прочности по касательным напряжениям:

Прочность по касательным напряжениям обеспечена.

Проверка жесткости балки (по нормативным нагрузкам).

Уточняем нормативную нагрузку, действующую на балку, с учетом фактической массы балки.

Прогиб балки:

Жесткость балки обеспечена.

Проверяем общую устойчивость балки.

По пункту 5.16*а) устойчивость балки не требуется проверять при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный. Настил жесткий, приваривается к сжатому поясу балки настила, следовательно проверка общей устойчивости не требуется.

Проверка подобранного сечения

Вариант 2: двутавр балочный с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83. I№30Б1