Быстрый поиск

Курсовая работа: Проектирование металлических конструкций балочной площадки промышленного здания

Содержание

1. Введение

2. Компоновка балочных конструкций

2.1. Балочная клетка нормального типа

2.2. Балочная клетка усложненного типа

3.Компоновка и подбор сечения главной (составной, сварной) балки

3.1 Подбор сечения балки

3.2 Изменение сечения балки по длине

3.3 Проверка прочности балки

3.4 Проверка общей устойчивости балки

3.5 Проверка прогиба

3.6 Проверка местной устойчивости элементов балки

3.7 Конструирование промежуточных ребер жесткости

3.8 Расчет поясных швов балки

3.9 Расчет опорного ребра сварной балки

3.10 Расчет монтажного стыка балки

4. Расчет центрально сжатой колонны

4.1 Расчет стержня

4.2 Расчет базы

4.3 Расчет оголовка

Литература

1. 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.

2. Компоновка балочных конструкций

Требуется запроектировать конструкцию балочной площадки размером 36x24 м. с металлическим настилом и размером ячейки АxB=12x6 м.

Временная нормативная равномерно-распределенная нагрузка

Pн=22 kH/м2; γfp=1.05 (коэффициент надежности для постоянной нагрузки настила, балки настила, вспомогательной балки); γс=1,0 (коэффициент условия работы конструкции).

Основными элементами рабочих площадок являются колонны и опирающаяся на них система продольных и поперечных балок. Полезную нагрузку воспринимает стальной или железобетонный настил, а пространственную жесткость конструкции рабочей площадки обеспечивает система вертикальных связей между колоннами.

Материал для балки настила БН, вспомогательной балки ВБ – группа конструкций: 3 – по табл. 50* (СниП 2-23-81*);

-сталь марки С235 (Вст3кп2)

-расчетное сопротивление стали Ry=220 Мпа = 22,5 кН/см2

-предел текучести стали Ru=350 Мпа = 36 кН/см2

Материал для главных балок ГБ – группа конструкций:

-сталь марки С255 (Вст3пс6)

-расчетное сопротивление стали Ry=230 Мпа = 23,5 кН/см2

-предел текучести стали Ru=360 Мпа = 37 кН/см2

Материал для колонн группа конструкций:

-сталь марки С245 (Вст3кп2)

-расчетное сопротивление стали Ry=240 Мпа = 24,5 кН/см2

-предел текучести стали Ru=360 Мпа = 37 кН/см2

Предельный прогиб стального листового настила:

Предельный прогиб БН и ВБ:

Предельный прогиб ГБ:

Рассмотрим два варианта компоновки балочной площадки.

1) Нормального типа

2) Усложненного типа

2.1 Балочная клетка нормального типа

Проектируем балочную клетку нормального типа. В балочной клетке такого типа нагрузка воспринимаемая настилом, передаётся на балки настила, которые в свою очередь перелают её на главные балки и колоны. Балки настила проектируются обычно из двутаврового профиля.

Рис. 1

Для определения шага БН делим пролет ГБ А=12000 мм. на 13 равных частей и получим: мм.

Толщина настила tн=8 мм.

Масса настила tн=8 мм. qнp=62,8 кг/м2

Материал для БН – группа конструкций:

-сталь марки С235 (Вст3кп2)

-расчетное сопротивление стали Ry=250 Мпа = 22,5 кН/м2

-предел текучести стали Ru=350 Мпа = 36 кН/м2

По Pн=22 kH/м2 и графику определяем отношение пролета настила к его толщине , в зависимости от кривой учитывающей относительный предельный прогиб настила :

мм.

Рис.2

Расчет БН.

Находим нормативную погонную нагрузку:

кН/м

Находим расчетную погонную нагрузку:

кН/м

=1,2 =1,05

Расчетный изгибающий момент:

кНм=11457 кНсм

кН

Требуемый момент сопротивления БН, см3

Требуемый момент сопротивления БН с учетом развития пластической деформации, см3

Из сортамента выбираем номер двутавра из условия, чтобы :

Принимаем двутавр 30

Ix=7080 см4

Wx=472 см3

qбн=36.5 кг/м2

bf=13.5 см

Проверка нормальных напряжений:

Проверка жесткости балки:

см

Принятое сечение БН удовлетворяет условиям прочности и прогиба.

Расход металла:

кг/м2 =1,023 кН/м2

2.2 Балочная клетка усложненного типа

Проектируем балочную клетку усложненного типа. В балочной клетке такого типа нагрузка воспринимаемая настилом, передаётся на балки настила, которые в свою очередь перелают её на вспомогательные балки, а они на главные балки и колоны.

Рис.3

Для определения шага БН делим пролет ВБ В=6000 мм. на 7 равных частей и получим: мм.

Толщина настила tн=8 мм.

Масса настила tн=8 мм. qнp=62,8 кг/м2

bБН=4000 мм

Материал для БН и ВБ группа конструкций:

-сталь марки С235

-расчетное сопротивление стали Ry=250 Мпа = 22,5 кН/м2

-предел текучести стали Ru=350 Мпа = 36 кН/м2

мм.

Расчет БН.

Находим нормативную погонную нагрузку:

кН/м =0,197 кН/см

Находим расчетную погонную нагрузку:

кН/м =0,236 кН/см

=1,2 =1,05

Расчетный изгибающий момент:

кНм =4726 кНсм

кН

Требуемый момент сопротивления БН, см3

Требуемый момент сопротивления БН с учетом развития пластической деформации, см3

Из сортамента выбираем номер двутавра из условия, чтобы :

Принимаем двутавр 22

Ix=2550 см4

Wx=232 см3

qбн=24 кг/м2

bf=11 см

Рис.4

Проверка нормальных напряжений:

Проверка жесткости балки:

см

Принятое сечение БН удовлетворяет условиям прочности и прогиба.

Расход металла:

кг/м2 =0,908 кН/м2

Расчет ВБ.

С целью упрощения расчета сосредоточенные силы F заменяем условной распределенной нагрузкой q.

Находим эквивалентную нормативную нагрузку:

кН/м =0,933 кН/см

Находим эквивалентную расчетную нагрузку:

кН/м =1,114 кН/см

=1,2 =1,05

Расчетный изгибающий момент:

кНм=50139 кНсм

Требуемый момент сопротивления, см3

Требуемый момент сопротивления с учетом развития пластической деформации, см3

Из сортамента выбираем номер двутавра из условия, чтобы :

Принимаем двутавр 55

Ix=55962 см4

Wx=2035 см3

qбн=92,6 кг/м2

bf=18 см

Рис.5

Проверка нормальных напряжений:

Проверка жесткости балки:

см

Принятое сечение БН удовлетворяет условиям прочности и прогиба.

Расход металла, кг/м2:

вар.	Расход стали		Кол-во типоразмеров на ячейку	Кол-во монтажных единиц на ячейку
вар.	На1 м2 перекр., кг	На ячейку (АxB), м2	Кол-во типоразмеров на ячейку	Кол-во монтажных единиц на ячейку
I вар.	102,34	7368,48	1	БН
II вар.	114	82,08	2	БН; ВБ

Вывод: По расходу металла I вариант балочной клетки нормального типа выгоднее II варианта с усложненного типа балочной клетки.

3. Компоновка и подбор сечения главной (составной, сварной) балки

Необходимо подобрать сечение сварной главной балки. Для стали марки С255

-расчетное сопротивление стали Ry=230 Мпа = =23,5 кН/см2

-предел текучести стали Ru=360 Мпа = 37кН/см2

Собственный вес балки принимаем ориентировочно в размере

1 – 2 % от нагрузки на неё, вводя коэф. Α=1,02

Максимально возможная строительная высота перекрытия 1,6 м

Находим нормативную погонную нагрузку:

кН/м

Находим расчетную погонную нагрузку:

кН/м

=1,2 =1,05

Расчетный изгибающий момент:

кНм =302616 кН/см

Рис.6

кН

Требуемый момент сопротивления БН:

см3

3.1 Подбор сечения балки

Компоновку сечения ГБ начинаем с определения ее высоты:

1) Предварительно задаемся высотой ГБ:

мм.

2)Определяем толщину стенки ГБ:

мм.

3. Определим оптимальную высоту ГБ из условия наименьшего расхода материала:

см. ≈1250 мм.

k=1,0 – зависит от конструктивного оформления, для сварных, переменных сечений равен 1,0.

3. Из условия обеспечения требуемой жесткости (прогиба) высота ГБ должна быть не менее hmin

см.

По заданию строительная высота перекрытия должна быть не больше 1,6 м.

5) Определяем строительную высоту ГБ исходя из максимально возможной заданной высоты перекрытия и его конструкции:

см. = 1292 мм.

В нашем случае сопряжение балок – этажное.

Высоту балки h принимаем из условия, чтобы она была близка к hopt, не больше заданной высоты перекрытия и не меньше hmin:

hГБ=1250 мм.

Проверяем принятую толщину стенки из условия прочности балки на срез:

см. = 89 мм.

Rs – расчетное сопротивление стенки срезу = 0,58Ry=13.5 кН/см2.

Чтобы проверить местную устойчивость стенки (для установки только поперечных ребер жесткости) необходимо определить высоту стенки балки hw. Для этого задаемся толщиной пояса: tf≤3tw; tf=25 мм.

мм.