МК Расчет и конструирование стальной балочной клетки перекрытия и колонны

Содержание.docx

Компоновка балочных клеток . . ..4
1.Конструкция и расчет настила балочной клетки нормального типа .. . ..4
2.Конструкция и расчет настила усложненного типа балочной клетки .11
Расчёт и конструирование главной балки .. 17
1.Компоновка и подбор сечения составной балки .. .. . 17
2.Изменение поперечного сечения балки по длине .. .. . .. 23
3.Расчет ребра жесткости . . .. .31
4.Расчет опорного ребра жесткости . .. 33
5.Расчет сварных швов соединяющий пояс и стенку балки 35
Расчет и конструирование стержня стальной колонны . 37
1.Компоновка поперечного сечения колонны . 37
2.Расчет сварных швов . 42
3.Расчет и конструирование оголовка колонны .. . 44
4.Расчет базы колонны с траверсами .. 46
5.Расчет траверсы 50
6.Расчет швов соединения траверсы с плитой .. 53

Введение.docx

Балочными клетками называют системы балок поддерживающих настил перекрытия которое обслуживает какой-либо технологический процесс. Главные балки располагаются обычно в направлении большей стороны ячейки клетки. В упрощенном типе балочной клетки настил опирается непосредственно на главные балки. В нормальном типе нагрузку от настила воспринимают балки настила опирающиеся на главные балки. Это позволяет уменьшить пролет настила и значительно сократить расход материалов на него. В усложненном типе нагрузку от балок настила воспринимают вспомогательные балки располагаемые на расстоянии 2–5 м передающие ее затем на главные балки. Это иногда позволяет сократить расход материала на балочную клетку но резко увеличивает количество монтажных элементов и трудоемкость монтажа. Балки настила и вспомогательные обычно выполняются из прокатных двутавров.
Передача нагрузки с верхней балки на нижнюю происходит в этажном сопряжении через непосредственное касание. При передаче значительной нагрузки тонкая стенка составной балки может быть усилена ребром жесткости. При сопряжении балок в одном уровне и пониженном передача усилия может осуществляться с помощью монтажного столика или болтов.
Выбор оптимального варианта стальной балочной клетки при заданных размерах ячейки балочной клетки материале нагрузке и минимальной толщине настила можно выполнить по расходу стали на прокатные балки где сравнивается один нормальный и несколько усложненных вариантов с разными шагами вспомогательных балок.
Данные для курсовой работы выбраны согласно шифру (№532).
Размеры элементов балочной клетки
Нормативные нагрузки на межэтажное перекрытие
Марка стали настила и балок (ГОСТ 27772-88)

Раздел 3_1.docx

Рис. 15. Схема для определения расчетной
длины центрально-сжатых колонн балочных клеток.
Условная гибкость колонны:
тического района (I2) и группы конструкции (С345К).
Значение находится в интервале от 30 до 32. Тогда методом интерполяции:
Из условия устойчивости центрально-сжатого стержня:
Радиусы инерции колонны:
Определение размеров сечения:
По технологическим соображениям высота сечения не принимается меньше ширины пояса. Принято
Из условия устойчивости стенки:
Для двутаврового сечения при :
Толщина стенки колонны:
По технологическим соображениям рекомендованные значения толщины стенки колонны в интервале от 6 до 16 мм.
Согласно ГОСТ принято
Площадь стенки колонны:
Площадь пояса колонны:
Толщина пояса колонны:
Ширина свеса пояса:
Условие местной устойчивости пояса:
Определение фактических размеров сечения
Площадь действительного сечения:
Действительные моменты инерции:
Так как меньше ось выбрана верно.
Действительный радиус инерции по минимальному значению действительного момента инерции сечения колонны:
Действительная гибкость колонны:
Значение находится в интервале от 28 до 30. Тогда методом интерполяции:
Условие устойчивости:
2 Расчет сварных швов
Из условия прочности:
Несущая способность шва:
По основному металлу:
Расчет ведется по основному металлу.
Согласно конструктивным требованиям на минимальный катет шва таврового соединения с двусторонними угловыми швами для стали с пределом текучести и толщине наиболее толстого элемента назначается
Сварные швы выполняются автоматической или полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа марка сварочной проволоки – Св – 08Г2С. Катет шва
3 Расчет и конструирование оголовка колонны
Рис. 16. К расчету оголовка колонны.
По конструктивным соображениям задается значение толщины опорной плиты в интервале от 16 до 25 мм.
Условие прочности на смятие:
Для определения толщины вертикального опорного ребра определяется
Толщина вертикального опорного ребра:
Для определения высоты вертикального опорного ребра задается значение
Условие прочности стенки на срез:
Ширина вертикального опорного ребра:
Условие устойчивости вертикального опорного ребра:
Ширина горизонтального ребра жесткости принята равной
Ширина свеса горизонтального ребра жесткости принята равной
Из условия устойчивости:
4 Расчет базы колонны с траверсами
Рис. 17. К расчету базы колонны.
Нагрузка на базу колонны:
Определение размеров базы
Требуемая площадь плиты базы:
Так как отношение неизвестно коэффициент задается в интервале от 15 до 25 при классе бетона фундамента В 125.
Класс бетона фундамента В 125:
Размеры фундаментной плиты принято согласно
Фактическая площадь фундаментной плиты:
Определение толщины опорной плиты
Среднее напряжение под плитой базы:
Равномерно распределенная нагрузка действующая на полосе шириной 1 см:
Рис. 18. К определению изгибающих моментов на разных участках опорной плиты.
Изгибающий момент на участке 1 опертый по четырем сторонам:
Значение находится в интервале от 19 до 20. Тогда методом интерполяции:
Изгибающий момент на участке 2 опертый по трем сторонам:
При плита рассчитывается как консоль длиной .
Изгибающий момент на консольном участке 3:
Из условия прочности по максимальному изгибающему моменту:
Высота траверсы из расчета сварных швов прикрепляющих траверсу к колонне:
Катет шва задается в пределах 6 – 12 мм но не более
Требуемая длина шва:
Согласно ГОСТ принимается
Равномерно распределенная нагрузка на одну траверсу:
Рис. 19. Эпюры внутренних усилий.
Условие прочности по нормальным напряжениям:
Условие прочности по касательным напряжениям:
Условие прочности по приведенным сопротивлениям:
6 Расчет швов соединения траверсы с плитой

Иваськевич В.И._КР.dwg

Архитектурные и конструктивные решения
Горизонтальная гидроизоляция
Щебень втопленный в битумную мастику с уклоном от стены
Утеплитель ПСБ-С ГОСТ 15588-70
Монтажная схема. План М 1:200
Стальной настил t=8 мм
Условные обозначения:
- болт нормальной точности
- заводской угловой шов
- монтажный угловой шов
Таблица отправочных элементов
Материал конструкции - сталь С 245
2. Все отверстия диаметром 23 мм
кроме анкерных болтов крепления к стержню колонны диаметром 25 мм
болты нормальной точности М20 класс 5.8 ГОСТ 7798-70. 3. Все заводские швы варить автоматической сваркой ГОСТ 14771-76 сварочной проволокой СВ-08Г2С по ГОСТ 2246-70. 4. Монтажные швы варить ручной сваркой электрод Э42А ГОСТ 9467-75. 5. Сопряжение колонны с фундаментом шарнирное. q*;6. Катеты сварных швов
прикрепляющих пояс к стенке главной балки 7 мм
катеты сварных швов прикрепляющих траверсу к плите 6 мм
прикрепляющих пояс к стенке колонны 5 мм
прикрепляющих настил к балке настила 6 мм. 7. Свариваем главные балки Б-1 между собой в соответствии с порядком
указанном на узле 2.
Спецификация металла на элемент
Стальная балочная площадка

Раздел 2.docx

2 Расчет и конструирование главной балки
1 Компоновка и подбор сечения составной балки
Так как k = 10 > 5 то нагрузку на главную балку можно считать равномерно распределенной.
Рис. 7. Схема главной балки.
Нормативная нагрузка на главную балку:
Расчетная нагрузка на главную балку:
Максимальный изгибающий момент в сечении главной балки:

Раздел 1_1.docx

Отсюда пролет настила:
Количество листов настила:
Привязка крайних балок к колоннам:
Рис. 2. Нормальный тип балочной клетки: 1 – листовой настил; 2 – балка настила; 3 – главная балка
В дальнейших расчетах используется погонная нагрузка:
Балочный прогиб в середине пролета:
Расчет балочного прогиба для нормативной погонной нагрузки и для расчетной погонной нагрузки :
Коэффициент α для проверочного расчета:
При разных погонных нагрузках значения будут различны:
Решая уравнения получаем:
Для проверки условия прочности используются расчетные значения
Максимальный изгибающий момент:
Рис. 3. Расчетная схема листового настила
Проверка условия прочности по нормальным напряжениям для настила:
Для проверки условия жесткости используются нормативные значения
Расчет балки настила
Нормативная нагрузка на единицу длины балки настила:
Расчетная нагрузка на единицу длины балки настила:
Рис. 4. Расчетная схема балки настила
Из условия прочности по нормальным напряжениям:
По сортаменту выбран двутавр с максимально близким большим значением момента сопротивления двутавр № 24:
Геометрические характеристики сечения мм
Нормативная и расчетная нагрузка на балку настила с учетом ее собственного веса:
Максимальный изгибающий момент в сечении балки настила с учетом ее собственного веса:
Максимальное поперечное усилие в сечении балки настила с учетом ее собственного веса:
Условие прочности по нормальным напряжениям:
Так как (в середине пролета) то
Для определения коэффициента вычисляется
Значение находится в интервале от 05 до 10. Тогда методом интерполяции:
Условие прочности по касательным напряжениям:
Масса балок настила приходящихся на балочной клетки:
Условие жесткости (по нормативной нагрузке):
2 Конструкция и расчет настила усложненного типа балочной клетки
Длина настила принята равной Количество балок настила:
Длина вспомогательной балки принята равной Количество вспомогательных балок:
Рис. 5. Усложненный тип балочной клетки: 1 – листовой настил; 2 – балка настила; 3 – вспомогательная балка; 4 – главная балка.
Расчет балок настила
Нормативная и расчетная нагрузка на единицу длины балки настила:
По сортаменту выбран двутавр с максимально близким большим значением момента сопротивления двутавр № 12:
Расчет вспомогательных балок
Нормативная нагрузка на вспомогательную балку:
Расчетная нагрузка на вспомогательную балку:
По сортаменту выбран двутавр с максимально близким большим значением момента сопротивления двутавр № 36:
Нормативная и расчетная нагрузка на вспомогательную балку с учетом ее собственного веса:
Максимальный изгибающий момент в сечении вспомогательной балки с учетом ее собственного веса:
Максимальное поперечное усилие в сечении вспомогательной балки с учетом ее собственного веса:
Общая устойчивость второстепенной балки:
Рис. 6. К расчету вспомогательных балок: а – балочная площадка; б – нагрузка на вспомогательную балку; в – расчетная схема вспомогательной балки.
Тип балочной площадки
Расход стали на площадку
Количество типоразмеров в балках на площадку
Количество монтажных единиц на ячейку
Вспомогательных балок
Вспомогательных балок
Вывод: сравнивая два типа балочных клеток видим что по расходу стали нормальный тип на 67% экономичнее чем усложненный тип. Далее в расчетах принимается нормальный тип балочной клетки.

Литература.docx

СП 16.13330.2017. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*.
СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85.
Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Металлические конструкции включая сварку». Е. В. Коновалова С: - Издательский центр СурГУ 2014 – 30 с.
Расчет и конструирование соединений элементов металлических конструкций. Методическое указание. С. С. Самакалев С: - Издательский центр СурГУ 2016 – 57 с.
ГОСТ 8239 – 89. Двутавры стальные горячекатаные.
ГОСТ 103 – 76. Полоса стальная горячекатаная.
ГОСТ 82 – 70. Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный.

Заключение.docx

Балочная клетка – это система балок одного или нескольких направлений. Она используется при проектировании покрытий и перекрытий зданий рабочих площадок под технологическое оборудование пролетных конструкций мостов и других объектов. На балочную клетку вкладывают несущий настил – стальной (листья) железобетонные (плиты) или деревянный (щиты).
Схему балочной клетки выбирают в зависимости от значения и схемы размещения нагрузок а также от типа настила. При этом исходят из условия минимальной стоимости конструкций и минимальной строительной высоты перекрытия или покрытия поскольку излишняя строительная высота влечет за собой увеличение общей высоты здания и рост расходов на стены и отопления.
простота и удобство монтажа;
уменьшается строительная высота;
сочетание позволяет получить наименьшую строительную высоту и одновременно наибольшую высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия.

Раздел 3.docx

3 Расчет и конструирование стержня стальной колонны
1 Компоновка поперечного сечения колонны
Рис. 14. Грузовая площадь колонны.
Нормативная сжимающая сила действующая на колонну:
Расчетная сжимающая сила действующая на колонну:
Геометрическая длина колонны:
Расчетная длина колонны:

Раздел 2_1.docx

Максимальное поперечное усилие в сечении главной балки:
Из условия прочности:
Определение высоты балки
Минимальная высота главной балки:
Оптимальная высота главной балки:
Строительная высота:
Высота главной балки принята
Определение толщины стенки главной балки
Толщина стенки главной балки:
Из условия устойчивости (при отсутствии продольных ребер жесткости):
Толщина стенки главной балки:
Определение размеров пояса главной балки
Толщина пояса главной балки:
Зная требуемый момент сопротивления:
Контрольные требования:
Рис. 8. Компоновка поперечного сечения составной балки.
Геометрические характеристики сечения:
Условие прочности по нормальным напряжениям:
Нормативная и расчетная нагрузка с учетом собственного веса составной балки:
Максимальный изгибающий момент в сечении составной балки:
Для определения коэффициента вычисляется
Значение находится в интервале от 025 до 05. Тогда методом интерполяции:
Согласно СНиП недонапряжение не должно превышать значения в 5%. Условие недонапряжения не выполняется.
Условие прочности по касательным напряжениям:
Максимальное поперечное усилие в сечении составной балки:
Условие жесткости (по нормативной нагрузке):
Проверка стенки на местное нормальное и сминающее напряжение:
Рис. 9. К расчету главной балки на прочность
2 Изменение поперечного сечения балки по длине
Рис. 10. Составная балка переменного сечения.
Из условия прочности для сварного шва:
Требуемый момент сопротивления сечения:
Требуемый момент инерции сечения:
Момент инерции сечения уменьшенного пояса двутавра:
Так как минимальное допустимое значение принимается что главная балка не меняет свое поперечное сечение по длине.
Общая устойчивость главной балки:
Проверка прочности главной балки по приведенному сопротивлению:
Проверка элементов балки на местную устойчивость
Проверка сжатого пояса:
Проверка устойчивости стенки:
Длина в области пластической деформации:
Расстояние между ребрами жесткости:
С целью расположения ребер жесткости под каждой балкой настила принято
Рис. 11. Расстановка ребер жесткости главной балки.
Устойчивость стенки в «среднем» отсеке:
Так как в середине пролета касательные напряжения
Момент в середине пролета главной балки
Устойчивость стенки в первом «приопорном» отсеке:
Нормальные напряжения возникающие в середине отсека:
Так как высота отсека меньше его ширины вводится понятие условного отсека ширина которого равняется высоте отсека
Касательные напряжения возникающие в среднем отсеке:
Критическое нормальное напряжение:
Значение коэффициента зависит от величины
Значение меньше 08. Тогда:
Критическое касательное напряжение:
Критическое нормальное напряжение от смятия:
Устойчивость стенки во втором отсеке:
3 Расчет ребра жесткости
Рис. 12. К расчету ребра жесткости.
Согласно ГОСТ принято
Условная гибкость ребра жесткости:
Длина стенки входящая в состав условной стойки:
Условие прочности ребра на смятие:
Площадь условной стенки:
Момент инерции сечения:
Радиус инерции сечения:
Значение находится в интервале от 16 до 18. Тогда методом интерполяции:
4 Расчет опорного ребра жесткости
Ширина опорного ребра принимается равной ширине пояса балки:
Рис. 13. К расчету опорного ребра жесткости.
5 Расчет сварных швов соединяющих пояс и стенку балки
Из условия прочности при действии расчетной силы вдоль или поперек шва:
Усилие от продольной нагрузки:
Несущая способность шва:
По основному металлу:
Расчет ведется по основному металлу.
Согласно конструктивным требованиям на минимальный катет шва таврового соединения с двусторонними угловыми швами для стали с пределом текучести и толщине наиболее толстого элемента (пояса главной балки) назначается
Сварные швы выполняются автоматической или полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа марка сварочной проволоки – Св – 08Г2С. Катет шва

Раздел 1.docx

1 Компоновка балочных клеток
1 Конструкция и расчет настила балочной клетки нормального типа
Нормативная нагрузка складывается из постоянной и временной нагрузки:
При расчетах настилов учитывается требования норм регламентирующих значения относительных прогибов учитывающих величину пролета настила.
Рис. 1. Схема расчета настила
В зависимости от значения нормативной нагрузки задаемся толщиной листа –
Предельное отношение пролета к его толщине определяется зависимостью: