Расчет и конструирование балочной клетки нормального типа

ДСС- 41 Кречко АО МК.doc

Федеральное агентство по рыболовству
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Астраханский государственный технический университет»
Образовательная деятельность в сфере высшего и дополнительного профессионального образования сертифицирована DQS по ISO 9001
Кафедра Строительство
Пояснительная записка
«Расчет и конструирование балочной
клетки нормального типа»
Разработка схемы балочной клетки 5
Расчет балки настила 7
3 Статический расчет
6 Геометрические характеристики сечения
7 Проверка принятого сечения
Расчет главной баки 9
5 Подбор основного сечения
6 Проверка принятой толщины стенки на срез
7 Определяем условную гибкость стенки
8 Изменение сечения балки по длине
9 Проверки местной устойчивости
9.1 Проверка местной устойчивости пояса
9.2 Проверка местной устойчивости стенки
10 Расчет опорных ребер
10.1 Конструирование и расчет опорной части балки
10.2 Определение размеров площади смятия торцевой
поверхности опорного ребра
Расчет колонны К1 16
1 Расчетная схема определение нагрузки статический расчет
2. Подбор сечения и проверка устойчивости колонны
2.1 Определение сечения ветвей
2.3 Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси X-X
4.1 Определение размеров плиты в плане
4.2 Определение толщины плиты
Список использованной литературы 23
Балки широко применяются в конструкциях гражданских общественных и промышленных зданий в балочных площадках в междуэтажных перекрытиях в мостах эстакадах в идее подкрановых балок производственных зданий в конструкциях гидротехнических шлюзов и затворов и в других сооружениях.
Широкое распространение балок определяется простотой конструкции простотой изготовления и надежностью в работе.
В данной курсовой работе по выданному заданию необходимо рассчитать балочную клетку нормального типа.
В металлических конструкциях широко применяются колонны или стержни входящие в состав конструктивных комплексов и работающие на центральное сжатие.
Колонны передают нагрузку от вышележащей конструкции на фундаменты.
Колонна состоит из трех частей определяемых их назначением:
а) оголовок на который опирается вышележащая конструкция нагружающая колонну;
б) стержень – основной конструктивный элемент передающий нагрузку от оголовка к базе;
в) база колонны передающая нагрузку от стержня на фундамент.
Колонны и сжатые стержни проектируют почти исключительно стальными. Применять алюминиевые сплавы в сжатых стержнях нерационально из-за плохой работы сплавов на продольный изгиб вследствие низкого модуля упругости.
Пролет колонн в поперечном направлении – 18 м.
Шаг колонн в продольном направлении – 6 м.
Нормативная нагрузка – 108 кНм².
Отметка верха настила - +128 м.
Материал фундамента – бетон В15.
§1. Разработка схемы балочной клетки
При проектировании конструкции балочного перекрытия рабочей площадки цеха проезжей части моста или другой аналогичной конструкции необходимо выбрать систему несущих балок обычно называемую балочной клеткой.
В данной курсовой работе рассчитывается балочная клетка нормального типа в которой нагрузка с настила передается на балки настила которые в свою очередь передают ее на главные балки опирающиеся на колонны. Балки настила принимаются прокатными. Сопряжение балок - этажное. Балки настила поддерживающие настил укладываются на главные балки. Это наиболее простой и удобный в монтажном отношении способ сопряжения балок но требующий наибольшей строительной высоты.
В расчете балок настила по сортаменту металлических конструкций принимаем балку двутаврового сечения. Мерой эффективности балки как конструкции работающей на изгиб является отношение момента сопротивления к к площади сечения равное ядровому расстоянию. Сравнение ядровых расстояний круглого прямоугольного и двутаврового сечений показывает что двутавровое сечение выгоднее прямоугольного в 2 раза и круглого в 3 раза т.к.в этом сечении распределение материала наилучшим образом соответствует распределению нормальных напряжений от изгиба балки. Поэтому металлические балки конструируют главным образом двутаврового сечения чему способствует хорошая работа металла на скалывание позволяющая делать стенку балки достаточно тонкой.
Главные балки – сварные составного сечения. Такие балки применяются в случаях когда прокатные балки не удовлетворят условиям прочности жесткости общей устойчивости т.е. при больших пролетах и больших изгибающих моментах. Сечение сварных составных балок состоит из трех листов: вертикального – стенки и двух горизонтальных – полок которые сваривают на заводе автоматической сваркой. Для экономии материала в составных балках изменяется сечение по длине в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. Упругопластическая работа материала в таких балках недопустима вследствие возможности образования нескольких шарниров пластичности в одном пролете.
В курсовой работе рассчитывается сквозная колонна состоящая из двух швеллеров связанных между собой решетками. Швеллеры в сварных колоннах выгоднее ставить полками внутрь т.к. в этом случае решетки получаются меньшей ширины и лучше используется габарит колонны. Решетки обеспечивают совместную работу ветвей стержня колонны и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей. В данном случае применяются решетки безраскосного типа в виде планок. Планки создают в плоскости грани колонны безраскосную систему с жесткими узлами и элементами работающими на изгиб вследствие чего безраскосная решетка оказывается менее жесткой. Безраскосная решетка хорошо выглядит и является более простой.
Конструкция базы колонны должна отвечать принятому в расчетной схеме колонны способу сопряжения ее с основанием. При жестком сопряжении необходимо обеспечить сопряжение базы с фундаментом не допускающее поворота. По конструктивному решению база принята с траверсой. Траверса воспринимает нагрузку со стержня колонны и передает ее на опорную плиту. Чтобы увеличить равномерную передачу давления с плиты на фундамент жесткость плит увеличивают дополнительными ребрами между ветвями траверсы
§2. Расчет балки настила
Нормативную нагрузку находим по формуле (1):
qH б.н.= a·(qн + pн.) (1)
qH б.н.= 3·(108 + 25 ) = 399 кНм2
Расчетную нагрузку находим по формуле (2):
qр б.н. = a·(qH · γ2+ pн · γ1) (2)
qр б.н. = 3·(108 · 12 + 25 · 11) = 4713 кНм2
Максимальный расчетный и нормативный изгибающий момент (в середине пролета) находим по формуле (3):
Максимальный расчетный изгибающий момент:
Максимальный нормативный изгибающий момент:
Максимальный расчетную и нормативную поперечную силу (на опоре) находим по формуле (4):
Максимальная расчетная поперечная сила:
Максимальная нормативная поперечная сила:
По таблице 50* СниП II – 23 – 81* для балок перекрытий работающих при статических нагрузках при отсутствии сварных соединений в условиях климатического района II5 выбираем сталь марки С245 (ГОСТ 27772 - 88).
Толщина полки двутавра ориентировочно tf = 2– 20 мм.
По таблице 51* СниП II – 23 – 81* для стали марки С245 при tf = 2 – 20 мм расчетное сопротивление по пределу текучести Ry = 245 кНсм2.
Требуемый момент сопротивления находим по формуле (5):
Коэффициент условий работы (таблица 6* СНиП II – 23 – 81*) γc = 10.
принимаем двутавр 40 Б2 с параллельными гранями полок по ТУ 14–2–24-72.
Масса 1м длинны = 547 кг
По прочности (I группа предельных состояний)
Условное нормальное напряжение при упругой работе балки (в пролете) Wey = Wx
находим по формуле (6):
Касательное напряжение на опоре при этажном сопряжении находим по формуле (7):
где Rs = 058·Ry=058·2450=1420кНсм2 γc=1
Общая устойчивость (I группа предельных состояний) обеспечена настилом (при наличии
соответствующих конструктивных элементов связывающих настил с балкой).
По деформативности при нормальных условиях эксплуатации (II группа предельных
§3. Расчет главной балки
Нормативную нагрузку находим по формуле (8):
qн .=b·(qп+ qпл + qвтб) (8)
qн .= 6· (108 + 25 + 0547) = 83082 кНм2
Расчетную нагрузку находим по формуле (9):
qр б.н. = b·( γ1·qп+ γ2·qпл + γ3·qвтб) (9)
qр б.н. = 6·(12·108+ 11·25 + 11·0547) = 9787 кНм2
Максимальный расчетный и нормативный изгибающий момент (в середине пролета)
находим по формуле (3):
Максимальная расчетную поперечную силу (на опоре) находим по формуле (4):
По таблице 50* СниП II – 23 – 81* для сварных балок перекрытий работающих при статических нагрузках в условиях климатического района II5 выбираем сталь марки С245 (ГОСТ 27772 - 88).
Толщина полки двутавра ориентировочно tf = 2 – 20 мм.
По таблице 51* СниП II – 23 – 81* для стали марки С245 при tf = 2 – 20 мм расчетное сопротивление материала пояса по пределу текучести Ry = 245 кНм2.
Расчет ведем без учета пластических деформаций
Требуемый момент сопротивления сечения находим по формуле (10):
Минимальную высоту балки находим по формуле (11):
где (по таблице 40 СНиП II – 23 – 81*)
Толщина стенки будет равна:
принимаем толщину стенки
Оптимальную высоту балки найдем по формуле (12):
т.е условие выполнено.
7 Определение условной гибкость стенки
Определим условную гибкость по формуле (13):
Требуемую площадь пояса находим по формуле (13):
Задаем толщину полки tf = 3 см тогда ширину пояса найдем по формуле (14):
Высоту стенки найдем по формуле (15):
Окончательные размеры основного сечения будут равны:
Стенка tw·h = 13 · 104 = 135 см2
Пояс tf · bf = 3 · 42 = 126 см2 > Aтрf = 12325 см2
Проверка прочности основного сечения по нормальным напряжениям в месте действия максимального момента требует выполнения условий:
Сечение балки изменяют в целях экономии металла. Рациональное место изменения сечения это расстояние 16 от опор.
В месте изменения сечения изгибающий момент и поперечная сила вычислим по формуле (16)(17):
Требуемый момент сопротивления измененного сечения находим по формуле (18):
Требуемую площадь пояса найдем по формуле (19):
Площадь сечения балки найдем по формуле (20):
Момент инерции сечения находим по формуле (21):
Момент сопротивления находим по формуле (22):
Наибольшее нормальное напряжение в балке находим по формуле (23):
Проверку прочности измененного сечения по касательным напряжениям на опоре производим из условия (24):
где - статический момент полусечения балки который находится по формуле (25).
где bef – величина неокаймленого свеса
т.е. устойчивость пояса обеспечена.
Расстановка ребер жесткости
т.е. ребра ставим конструктивно и устойчивость стенок балок проверять не требуется.
Принимаем сопряжение балки с колонной примыканием сбоку. Конец балки укрепляем опорными ребрами. Опорное ребро жесткости крепится сварными швами к стенке балки. Нижний торец опорного ребра балки остроган для непосредственной передачи давления на колонну.
Определим площадь сечения ребра на смятие торцевой поверхности:
Опорное ребро ГБ с частью
стенки включенной в работу.
10.2 Определение размеров площади смятия торцевой поверхности опорного ребра
Требуемую площадь торцевой поверхности находим по формуле (26):
Принимаем ширину ребра 25 см => 275325=11 см.
Уточним площадь сечения ребра:
Выступающую часть ребра принимаем a=20 мм.
Проверка ребра на устойчивость:
Ширина участка стенки включенной в работу опорной стойки определяется из (27):
Полную площадь по формуле (28):
Момент инерции по формуле (29):
Радиус инерции сечения ребра найдем из формулы (30):
Гибкость ребра => =0983(СНиП II-23-81*табл.72)
Проверяем условие (31):
§4. Расчет колонны К1
Расчетная схема колонны
Грузовая площадь перекрытия приходящаяся на колонну будет равна:
Расчетные нагрузки составляют:
Принимаем сквозную колонну из двух прокатных швеллеров соединенных планками.
По таблице 50* СниП II – 23 – 81* для колонны К1 относящейся к 3-й группе конструкций принимаем сталь марки С245 (ГОСТ 27772 - 88). По таблице 51* СниП II – 23 – 81* для фасонного проката из стали марки С245 при толщине 2 – 20 мм расчетное сопротивление материала пояса по пределу текучести Ry = 245кНсм2. Так как ослабления в колонне отсутствуют (Ан = А) расчет на прочность не требуется; определяющим является расчет на устойчивость.
Находим сечения ветвей из расчета на устойчивость.
Задаемся гибкостью . Тогда . Требуемая площадь сечения одного швеллера определяем по формуле (33):
По сортаменту принимаем двутавр №35К2
Геометрические характеристики:
2.2 Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси X-X
Гибкость определим по формуле (35):
где 120 – предельное значение гибкости
Проверка устойчивости колонны относительно оси Х:
Напряжения вычислим по формуле (36):
Проверим условие (37):
Требуемое расстояние между осями ветви найдем по формуле (38):
принимаем by = 40см.
Принимаем расстояние между швеллерами b = 5см
Установление размеров планок
Принимаем dпл = 25см.
Проверка устойчивости относительно свободной оси Y:
Момент и радиус инерции найдем из (39)(40):
Проверка устойчивости колонны относительно свободных осей:
Проверяем условие (36):
где А – площадь сечения планки;
Е – модуль упругости стали;
Ry – расчетное сопротивление стали;
Поперечную силу действующую в креплении планки найдем по формуле (42):
Момент изгибающий планку в ее плоскости найдем по (43):
Равнодействующее напряжение проверим для условия (44):
где - нормальные напряжения от изгиба шва (45);
- касательные напряжения от среза шва (46);
- расчетное сопротивление сварного соединения;
- коэффициент зависящий от вида сварки и электродов;
- коэффициент условий работы.
Принимаем сквозную колонну из двух двутавров соединенных планками.
4 Расчет базы колонны
Расчетное сопротивление смятию бетона фундамента найдем по формуле (47):
Призменная прочность бетона М150 Rс = 70 кгсм2
Требуемую площадь плиты определим из (48):
Суммарная сосредоточенная сила от веса всех конструкций:
Ширина плиты принимается конструктивно
Принимаем свес консоли не менее 14мм с=5см
где =1см - толщина траверсы;
Требуемая длина плиты будет равна:
Определяем напряжения в базе колонны по формуле (49):
Максимальные моменты для отдельных участков плиты:
Плита работает как консоль
По таблице 50* СниП II – 23 – 81* для плиты принимаем сталь С235 (ГОСТ 27772-88).
По таблице 51* СниП II – 23 – 81* для проката из стали С235 (ГОСТ 27772-88). при толщине t = 20 – 40 мм расчетное сопротивление материала по пределу текучести Ry = 225 кНсм2.
Плита работает как пластина опертая по 3-м сторонам
Плита работает как пластинка опертая по контуру
где α – коэффициент зависящий от отношения более длинной стороны участка «а1» к более короткой «в1».
Требуемую толщину плиты находим по формуле (50):
Требуемая высота траверсы при Kf = 10 см 12 * tтрав = 12*10 = 12 см.
Определим по формуле (51) нагрузку которая действует на траверсу:
Проверяем условие (52):
где qтр – нагрузка которая действует на траверсу;
L – длина опорной плиты;
n=4 – количество сторон сварки;
f=07 – коэффициент зависящий от вида сварки;
Kf=04 – толщина шва сварного соединения;
Rwf – расчетное сопротивление сварного соединения;
γwf – коэффициент условие работы сварного соединения зависящий от вида сварки;
γc – коэффициент условия работы.
Принимаем hтрав = 180см
Изгибающий момент и поперечная сила в месте приварки к колонне будет равен (53):
Момент сопротивления сечения листа найдем по формуле (54):
Проверка условия (55) по прочности:
Принятая конструкция базы
Список используемой литературы:
СНиП -23-81*. Стальные конструкции Госстрой СССР.- М.: ЦИТП Госстроя СССР 1990.-96с.
Примеры расчета металлических конструкций: Учеб. Пособие для техникумов.-2-еизд. перераб. и доп.- М.: Стройиздат 1991.-431с.: ил.
Металлические конструкции. Общий курс.: Учебник для вузов Е.И.Беленя В.А. Балдин и др. ; Под общей ред. Е. И. Беленя. – 6-е изд. перераб. и доп. – М.: Стройиздат 1986. – 560с. ил.
Учебное пособие. Конструирование и расчёт балочной площадки промышленного здания. – Шагивалеев К. Ф. Айгумов М.М. – Саратов: СГТУ 2004. – 51с.

мк чертёж.dwg

Спецификация металла ГОСТ 2350-79
строгать 1 площадку сверл. 4 отв. d=20мм
Таблица отправочных данных для балочной клетки 5.5x20 (4 ячейки)
Общий вес конструкций по чертежу:
НОРМАЛЬНАЯ СХЕМА БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ
КП-АГТУ-270102.65 060340
Рабочая площадка промышленного здания
Спецификация Элементы проектируются из стали С255 по ГОСТ 380-71
Узел опирания главной балки на колонну (У-1)
Узел опирания балки настила на главную балку (У-2)
План и разрез средней ячейки балочной клетки
Пароизоляция - рубероид 1 слой
Утеплитель - мин.плита
Стяжка - цп раствор
Кровля - 2 слоя унифлекса