Курсовой проект-балочная клетка

металлические конструкции.dwg

Таблица отправочных марок
Общая масса конструкции по чертежу 51084 кг.
Монтажная схема балочной клетки М 1:100
Условные обозначения Отверстия Болт нормальной точности Высокопрочный болт Завдской сварной шов Монтажный сварной шов Катет углового шва Автоматическая сварка Полуавтоматическая сварка Ручная сварка
КР-02069964-270102-МК-09
Металлические конструкции
Монтажная схема балочной клетки
Главная балка М 1:20
Стальной настил t=10 мм
Продольный разрез М 1:200
Поперечный разрез М 1:200
Спецификация стали на 1конструкции
Примечания 1. Материал конструкций: сталь марок ВСт3пс6
Г2С1 бетон В25. 2. Болты нормальной точности М20. 3. Отверстия ø 22мм. кроме отмеченных 4. Катеты угловых швов Кш = 6 мм. 5. Поясные швы отправочного элемента Б-1 выполнять автоматической сваркой
прочие заводские швы - полуавтоматической. 6. Вертикальные связи крепить к колоннам и балкам монтажной сваркой. 7. Отправочные марки Б-2 между осями А
Общая масса конструкции по чертежу 118000 кг
Фрезеровать плоскости

3. Введение.doc

Задачи курсовой работы.
Углубление теоретических знаний компоновочных и конструктивных решений балочных клеток.
Приобретение навыков в работе с нормативной технической и справочной литературой.
Познание основ технико-экономического анализа при проектировании.
Освоение методики расчета и правил конструирования составных балок и центрально сжатых колонн .
Состав курсовой работы.
Разработка вариантов компоновки балочной клетки и их сравнение. Выбор варианта для дальнейшей разработки .
Расчет и конструирование главной балки (включая стык на высокопрочных болтах).
Расчет и конструирование центрально сжатой колонны.
Выполнение рабочих чертежей отправочных элементов главной балки и колонны вычерчивание монтажной схемы балочной клетки отдельных узлов и сопряжении.
Объем работы: графическая часть работы состоит из 1 листа формата А1 и пояснительная записка с необходимыми расчетами и эскизами.

4. Основная часть.doc

1 Выбор схемы балочной клетки
1 Расчет настила балок настила и вспомогательных балок
Первый вариант. Балочная клетка с железобетонным настилом
В зависимости от равномерно распределённой нагрузки Р=24кНм² принимаем толщину железобетонного настила равной 10см с пролётом а=15м.
Определяем вес 1м² настила:
Нормативная нагрузка на балку настила:
qн=(pн+g)a=(24+25)15=3975кНм
Расчётная нагрузка на балку настила:
qр=(nр*pн+ng*g)a=(12*24+105*25)15=4714кНм
где nр и ng - коэффициенты перегрузки.
Расчётный изгибающий момент в балках настила:
Мmax=qр*l²8=4714*58²8=19822кНм
где l - длина балки настила.
Требуемый момент сопротивления балки первоначально принимая с1=с=112 т.к. Ап Аст=05 по прил.5(учеб. «Металлические конструкции» Е.И. Беленя):
Wтр=Mmaxc1*Ry*γ=19822112*24*1=73744см³
где Ry - нормативное сопротивление проката;
γ - коэффициент условий работы конструкции.
Из сортамента принимаем двутавр № 36 по ГОСТ 8239 - 72 имеющий:
Jx=13380см4 W=743см³ g=486кгм и b=145см
где J W - момент сопротивления; g - линейная плотность; b - ширина полки.
Определим прогиб балки:
Принимаем двутавр № 36 окончательно.
Объём бетона расходуемый на 1м² настила:
Вес стали на 1м² настила:
Второй вариант. Нормальный тип балочной клетки
Марка стали настила 10Г2С1
В зависимости от заданной нагрузки и относительного прогиба определим наибольшее отношение пролета настила к его толщине.
Задавшись толщиной настила tн = 10мм получаем lн=936*10=936мм.
Принимаем шаг балок настила равным a=097м
Расчёт сварных швов соединения настила с балками настила.
Определим растягивающую силу N на единицу длины сварного шва. Принимаем ручную сварку электродами Э-42.
N=n*(²4)*[fl]²*E *t=12*(314²4)[1150]²*206*104(1-03²)*1=298кНсм.
k=Nf*Rf*l=29807*18*1=024см=24мм
f - зависит от вида сварки; Rf - расчётное сопротивление шва.
Расчет балок настила
Определяем вес настила зная что 1м2 стального листа толщиной 10мм весит 78.5 кг.
Нормативная нагрузка на балку настила.
Расчетная нагрузка на балку настила.
Расчетный изгибающий момент (длина балки настила l=58м)
Требуемый момент сопротивления балки определяем по формуле.
Принимаем двутавр №33 по ГОСТ 8239-89 имеющий: I=9840см4 W=5970см3 g=422 .в=140мм
Проверяем только прогиб так как Wтр=49798см3W=5970см3 .
Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прочности и прогиба.
Определение расхода материала на 1м2 перекрытия: настил балки настила .
Весь расход металла составит .
Третий вариант. Усложненный тип балочной клетки
Принимаем шаг вспомогательных балок а значит и пролет балок настила 2.75м. Принимаем tн = 10мм и шаг балок настила а=725мм.
Расчетный изгибающий момент
Принимаем двутавр №16 по ГОСТ 8239-89 имеющий: I=873см4 W=1090см3 g=159 .
Проверяем только прогиб так как Wтр=7554см3W=1090см3 .
Нагрузку на вспомогательную балку от балок настила считаем равномерно распределенной так как число балок настила равно 9.
Нормативная нагрузка на вспомогательную балку.
Расчетная нагрузка на вспомогательную балку настила.
Принимаем двутавр №50 по ГОСТ 8239-89 имеющий: I=27696см4 W=12310см3 . g=66.5.
Проверяем только прогиб так как Wтр=103074см3W=1231.0см3 .
Проверяем общую устойчивость вспомогательных балок в середине пролета в сечении с наибольшими нормальными напряжениями. За расчетный пролет принимаем расстояние между балками настила а=725см.
Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прочности устойчивости и прогиба.
Определение расхода материала на 1м2 перекрытия: настил балки .
Весь расход металла составит
Окончательно принимаем второй вариант.
Расчет и конструирование главной балки
1 Выбор расчетной схемы и определение усилий в главной балке
Проектируем балку в виде составного двутавра из стали 09Г2С с Ry=335МПа.
hг.б. - полная высота главной балки;
h - высота стенки балки;
t =tст - толщина стенки балки;
bf =bn - ширина поясных листов (полок) балки;
tf =tn - толщина поясных листов (полок) балки.
Определяем нагрузки на главную балку:
Нормативная нагрузка на главную балку:
qн =(pн+g)*B*102=(24+125)*58*102=14938кНм
где 102 - коэффициент учитывающий собственный вес конструкции.
Расчетная нагрузка на главную балку:
qр =(nр*pн +ng*g)*B*102=(12*24+105*125)*58*102=17815кНм;
Определим расчётный изгибающий момент в середине пролёта поперечную силу на опоре и требуемый момент сопротивления балки:
Wтр =Mmaxc1*Ry*γ=606267(112*335*1)=161585см³.
Определим высоту главной балки hг.б. (выбираем из трёх условий):
) Определим оптимальную высоту главной балки (из условия наименьшего расхода материала):
где λст - гибкость стенки.
λст = hст tст =120 150;
hопт =³√32*130*161585=147см.
) Определим высоту балки из условия жёсткости:
hmin=(524)*(Ry*lЕ)*[f]*qнqр=
=(524)*(335*1652.06*104)*400*1493817815=187м
) Определим максимальную высоту балки исходя из заданной строительной высоты:
hmax =hстр - hб.н. - tн - =260-33-1-2=224см.
Из вычисленных высот принимаем высоту ближе к hопт: hг.б =190см что больше hmin=187см и меньше hmax=224см.
2 Подбор поперечного сечения главной балки
а) Находим толщину стенки из условия прочности на срез.
где -расчетное сопротивление на срез
б)Находим толщину стенки из условия мест. устойчивости.
в) Находим толщину стенки из опыта проектирования.
Принимаем толщину стенки 14мм
Проверяем гибкость стенки.
что незначительно отличается от первоначально принятой гибкости равной 130.
Определим ширину полок.
Принимаем пояса балки из листов размером 380х20=7600мм2=76см2 при этом должны соблюдаться условия:
б) условие местной устойчивости
Уточняем принятый ранее коэффициент учета пластической работы с исходя из:
Находим с1=118 по приложению 5 в учебнике Е.И. Беленя.
Подобранное сечение балки проверяем на прочность (по несущей способности). Для этого определяем момент инерции и момент сопротивления.
Проверим недонапряжение.
Уменьшаем толщину полки до 16 мм. Принимаем пояса балки из листов размером 380х16=6080мм2=608см2 при этом соблюдаются условия:
Находим с1=119 по приложению 5 в учебнике Е.И. Беленя.
Прогиб балки проверять не требуется так как h=190мм>hmin=187мм
3 Изменение сечения главной балки по длине
Принимаем место изменения сечения на расстоянии l =.
Определяем расчетный момент и перерезывающую силу в сечении:
Определим требуемый момент сопротивления и момент инерции балки в сечении
;где -расчетное сопротивление сварного шва на растяжение
Требуемая площадь поперечного сечения:
Принимаем поясные листы в измененном сечении 240х16мм из толстолистовой стали по ГОСТ 19903-74.
Проверим выполнение конструктивных требований:
bП1≥h10=19см; bП1≥18см; bП1≥b2=19см;
Определим геометрические характеристики в измененном сечении.
Статический момент пояса.
Необходимо проверить прочность в измененном сечении.
а)по максимально-растягивающим напряжениям.
Прочность балки в измененном сечении по нормальным напряжениям обеспечена.
б)Проведем проверку по приведенным напряжениям .
Проверяем прочность опорного сечения балки на срез по максимальным касательным напряжениям в точке B.
Проверяем местные напряжения в стенке под балками настила.
F=2*qр*В2=2*2404*582=13943 кН – опорные реакции балок настила
lef=b+2tf=14+2*16=172см – длина передачи нагрузки на стенку балки
b –ширина полки балки настила
Прочность принятого уменьшенного сечения обеспечена.
4 Проверка общей устойчивости балки
l0=97см – шаг балок настила
=03 при учете пластических деформаций
=1 при работе балки упруго
В месте уменьшения сечения балка работает упруго ().
Обе проверки показали что общая устойчивость балки обеспечена.
5 Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки
Требуется проверить местную устойчивость сжатого пояса и стенки сварной балки.
а) Проверка местной устойчивости сжатого пояса производится в месте максимальных нормальных напряжений в нем – в середине пролета балки где возможны пластические деформации.
Проверка показала что местная устойчивость пояса обеспечена.
б) Проверяем устойчивость стенки.
Определяем необходимость постановки ребер.
- вертикальные ребра жесткости необходимы.
Ширина ребра: bр=hст30+40=188430+40=103мм принимаем bр=110мм.
Толщина ребра: tр=2 bр=2*110=86мм принимаем tр=9мм.
Ребра располагаем в местах опирания балок настила с шагом не более
h0 = 2 х1884 = 3768 см
В зоне развития пластических деформаций поперечное ребро необходимо ставить под каждой балкой настила. Определяем ширину зоны пластических деформаций
Расстановку вертикальных ребер жесткости принимаем в соответствии с рисунком.
- проверку устойчивости стенки следует производить.
Проверяем отсек 1. Определяем средние значения M и Q в сечении 1-1 на расстоянии X1=0975м от опоры.
Определяем действующие напряжения.
Определяем критические напряжения.
Rср=058*335=1943кНсм2 -расчетное сопротивление стали срезу
По табл. 7.6 при и предельное значение
следовательно sкр определяем по формуле
Проверка устойчивости стенки
Устойчивость стенки обеспечена.
Проверяем отсек 2. Определяем средние значения M и Q в сечении 2-2 на расстоянии X2=3405м от опоры.
Проверка показала что устойчивость стенки обеспечена.
6 Проверка прочности поясных швов
Поясные швы выполняются двусторонними т.к. подбор сечения выполнен с учетом пластических деформаций sм 0. Расчет выполнен для наиболее нагруженного участка шва у опоры под балкой настила.
Расчетные усилия на единицу длины шва.
Sп= bп tп*hп2=19*16*18682=239104см3 – статический момент пояса.
V=F(b+2 tп)=16687(14+2*16)=970кНсм;
F=2*2877*582=16687кН – опорные реакции балок настила.
Так как балка работает с учетом пластических деформаций то швы выполняют двусторонние автоматической сваркой в лодочку сварочной проволокой Св-08Г2С. Для этих условий из стали 09Г2С находим: Rwf=215МПа Rwz=0.45*Run=0.45*460=207МПа. По табл.5.3 определяем bf=1.1 bz=1.15.
Принимаем минимальную толщину шва Кf =6мм при tf=14мм по табл.38*СНиПа.
Проверка прочности шва.
Таким образом минимальная допустимая толщина шва достаточна по прочности.
7 Конструирование и расчет опорной части балки
Fоп=qpL2=17815*1652=146974кН – опорная реакция главной балки.
Площадь смятия торца ребра:
Ар=FRсм.т.=14657446=3186см2
где Rсм.т.=Rв=46кНсм2 – расчётное сопротивление смятию торцевой поверхности (прил.4).
Принимаем ребро из листа 240*18мм Аp=24*18=3420>3186см2.
Проверяем устойчивость опорной части. Ширина участка стенки включенной в работу опорной стойки:
b1=0.65*tст*√ER=0.65*14*√2.06*104335=2257см;
A=Ар+tст*b1=3420+14*2257=6579см2;
Jх =18*19312+2257*14312=103401см4;
λ=стix=1868396=4717.
По приложению 7 находим коэффициент φ=0833.
=FonА*φ=1459746579*0833=2664кHсм2 Rу =335кHсм2.
Проверяем местную устойчивость опорного ребра:
λ = λ*√ RуE=4717*√335206*104=190;
bef = (19-14)*0.5=8.8см ;
bef t ≤ (036+01 λ) √ E Rу ;
18=489(036+01*19) √206*104335=1364.
Подбираем размер катетов швов:
Ребро привариваем двусторонними швами полуавтоматической сваркой проволокой СВ-08А: f=0.9; z=1.05; Rf=180МПа ; Rz=207МПа :
kf=1 f (√Foп(2*85*Rz))=109(√145974(2*85*207))=0.72см => k=8мм.
Проверку по металлу границы сплавления делать не надо т.к.
f*Rf =09*180=162МПа z*Rz=105*207=21735МПа .
8 Конструирование и расчет укрупнительного стыка балки
Стык делаем в середине пролёта балки где М=606267кНм и Q=0. Стык осуществляем высокопрочными болтами d=24мм из стали 40Х “селект” имеющей: Rbh=1100МПа А=352см2. Способ подготовки поверхности - газопламенный без консервации способ регулирования натяжения болта по углу закручивания =042 - коэффициент трения γh=1.02 - коэффициент надёжности k=2 - две плоскости трения. Несущая способность болта:
Qbh=Rbh* γb*Abh( γh)k=(0.7*110)1*352(0.421.02)2=22321кН. .
Стык поясов: каждый пояс балки перекрываем тремя накладками - 380×12мм с наружной и 2×180×12мм с внутренней стороны общей площадью сечения:
Ан=12(38+2*18)=88.8см2 > Ап=38*1.6=60.8см2.
Мп=М*JпJ=606267 *107903461879251.6=348108кНм;
Nп=Мпо=3481081884=184771кН.
Количество болтов для крепления накладок:
n=NпQbh=18477122321=828 болтов. Принимаем 10 болтов.
Стык стенки: стенку перекрываем двумя накладками сечением 320×1800×10мм. Стык осуществляем высокопрочными болтами d=24мм из стали 38Х “селект” имеющей: Rbh=1350МПа А=352см2. Способ подготовки поверхности - газопламенный без консервации способ регулирования натяжения болта по углу закручивания =042 - коэффициент трения γh=1.02 - коэффициент надёжности k=2 - две плоскости трения. Несущая способность болта:
Qbh=Rbh* γb*Abh( γh)k=(0.7*135)1*352(0.421.02)2=27394кН. .
Момент действующий на стенку:
Мст=М*Jст J=606267 *8002171879251.6=258159кНм;
Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов:
aмах=1868-2*85=1700мм.
α=Мст (m*aмах Qbh)=258159(2*170*27394)=277
где m – число рядов на полунакладке.
Из табл. 78 находим количество болтов по вертикали k. Принимаем k=15 (α=286) с шагом. Проверяем стык стенки:
= 27394-2739527394*100=0%.
Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю стыка:
Ап.нт=16(38-2*27)=5216см2>085*Ап=085*608=5168см2.
Ослабление пояса можно не учитывать. Проверяем ослабление стыка в середине четырьмя отверстиями:
Ант.накл=12(38+2*16)-4*2*12*27=5808>085*Ап=5168см2.
Расчет и конструирование колонны
1 Подбор сечения сплошной колонны
Материал сталь 10Г2С1 имеющая Ry=345
=86 - 001 - 033 - 190-002=634м.
С учётом заглубления:
Усилие действующее на колонну:
N= qpL*1.01=17815*165*1.01=296887кН.
Предварительно задаемся гибкостью l=75 и находим соответствующее значение j=0610 (по прил.7)
Подбираем сечение стержня определяя требуемую площадь сечения:
Атр=NφR=2968870.610*365=13334cм2;
Требуемый радиус инерции:
Ширину поперечного сечения:
Принимаем сечение полки равное 2: 400х12 стенки 380х12 A=1416см2
Проверяем напряжение по подобранному сечению:
Подобранное сечение удовлетворяет требованиям общей устойчивости. Проверяем местную устойчивость стенки.
Проверяем местную устойчивость полки.
Проверка показала что местная устойчивость стенки обеспечена. Расчеты показали что стенка и полка удовлетворяют требованиям устойчивости.
2 Конструирование и расчет оголовка колонны
Принимаем плиту оголовка tпл=25мм и размерами 450х440мм. Давление главных балок передается колонне через ребро приваренное к стенке колонны четырьмя угловыми швами. Сварка полуавтоматическая в углекислом газе проволокой Св-08ГА Rwf =200 МПа bf =08 bz=10
Толщину ребер находим из условия смятия.
Принимаем tР=25мм. Высоту ребра hр находим из расчета на срез швов его прикрепления. Принимаем kf=10мм
Принимаем hр=48см85bfkf=85*08*1=68см
Проверяем толщину ребра на срез
Торец колонны фрезеруем после ее сварки поэтому швы можно не рассчитывать. По таблице принимаем конструктивно минимальный катет сварного шва kf =5 мм. Стенку колонны у конца ребра укрепляем поперечными ребрами сечение которых принимаем 190х8мм
3 Конструирование и расчет базы сплошной колонны
Для бетона В25 Rпр=18.5МПа
Требуемая площадь плиты базы из условия смятия бетона
По ориентировочному значению принимаем плиту размером 520x550 Ап=52х55=2860см2
Принимая площадь по обрезу фундамента Aф=800х600=480000мм2=4800см2 корректируем коэффициент :
Рассчитываем напряжение под плитой базы
Конструируем базу колонны с траверсами толщиной 10мм привариваем их к полкам колонны и к плите угловыми швами. Вычисляем изгибающий момент на разных участках для определения толщины плиты.
Участок 1 Опертый на 4 канта.
Отношение сторон a=0099
Участок 2 Опертый на 3 канта.
рассчитывается как консольный
Участок 3 Консольный
Определяем толщину плиты по максимальному моменту.
Принимаем толщину плиты 30мм
Прикрепление траверсы к колонне выполняется ручной сваркой электроды Э-46. Толщину траверс принимаем tтр=10мм. Rwf =200МПа (по табл.56 СНиПа II-23-81*)
где по табл.51* СНиПа II-23-81*
bf=07 bz=1 по табл.5.3
Rwfbf=20*07=14 Rwzbz=1642*1=1642
Прикрепления рассчитываем по металлу шва.
Находим требуемую величину катета сварного шва
Определяем длину сварного шва
Принимаем высоту траверс 60 см
Крепление траверсы к плите принимаем угловыми швами k1=10мм
Проверяем прочность швов
Швы удовлетворяют требованиям прочности. При вычислении суммарной длины швов с каждой стороны шва не учитывалось по 1 см на непровар.
Список использованной литературы
Металлические конструкции Под ред. Е.И.Беленя.-М.:Стройиздат1986.
СНиП II-23-81* Стальные конструкции. Нормы проектирования М.:Стройиздат 1982.
СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействие. Нормы проектирования – М.: ЦИТП Госсторя 1986.
ГОСТ 8239-72 Двутавры стальные горячекатаные. – М.: ЦИТП Госсторя 1986.

1. Титульник.doc

Министерство образования РФ
ГОУВПО «Мордовский Государственный Университет
Архитектурно-строительный факультет
Кафедра строительных конструкций
Пояснительная записка
по дисциплине «Металлические конструкции»
Автор проекта: Гребенцов А.В. студент 403 гр. до
Специальность: 270102 «Промышленное и гражданское строительство»
Обозначение проекта: КП-02069964-270102-СК-09
Руководитель проекта: Селяев П.В.

2. Содержание.doc

Выбор схемы балочной клетки 5
1 Расчет настила балок настила и вспомогательных балок 5
Вариант I. Балочная клетка с железобетонным настилом. .. 5
Вариант II. Нормальный тип балочной клетки . . .7
Вариант III Усложненный тип балочной клетки . 8
Расчет и конструирование главной балки .. ..11
1 Выбор расчетной схемы и определение усилий в главной балке .. . 11
2 Подбор поперечного сечения главной балки . ..12
3 Изменение сечения главной балки по длине 15
4 Проверка общей устойчивости балки . ..17
5 Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки .. .17
6 Проверка прочности поясных швов . .20
7 Конструирование и расчет опорной части балки .21
9. Конструирование и расчет укрупнительного стыка балки 22
Расчет и конструирование колонны .25
1 Подбор сечения сплошной колонны .25
2 Конструирование и расчет оголовка колонны .26
3 Конструирование и расчет базы сплошной колонны ..27
Список использованной литературы 29