Стальной каркас двухэтажного производственного здания

металл курсовой.docx

Министерство образования Республики Беларусь
Белорусский национальный технический университет
Кафедра "Металлические и деревянные конструкции
Инженерно педагогический факультет
Расчетно-пояснительная записка
к курсовому проекту на тему:
Стальной каркас двухэтажного производственного здания
Руководитель:Лагун Ю.И.
Консультант: Лагун Ю.И.
Стр. 47; рис. 16; табл. 19; библ. наимен. 8
БАЛОЧНАЯ ПЛОЩАДКА БАЛКА КОЛОННА РАСЧЕТ НАГРУЗКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СОПРЯЖЕНИЕ
Цель работы – изучить и овладеть методамы расчета и конструирования металлических конструкций.
В курсовом проекте произведен расчет стальных конструкций балочной площадки. Определены расчетные и нормативные нагрузки на перекрытие. Подобрано сечение второстепенной балки. Скомпоновано сечение главной балки которое обеспечивает прочность общую устойчивость и местную устойчивость элементов сечения. Определено место изменения сечения и выполнен расчет монтажного стыка балки. Скомпоновано сечение колонны которое обеспечивает прочность колонны общую устойчивость а также местную устойчивость элементов сечения. Осуществлены расчет и компоновка базы колонны. Выбраны конструктивные решения и рассчитаны сопряжения балок и колонн.
Реферат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Содержание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Компоновка балочной площадки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .5
1 Определение нагрузок на перекрытие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Выбор оптимальной схемы балочной площадки (на основе результатов
расчета для трех вариантов размещения вспомогательных балок) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
Расчет главной балки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1 Определение нагрузок и усилий (M Q) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
2 Компоновка сечения составной сварной балки с проверкой на прочность
общую устойчивость и жесткость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
3 Определение места изменения сечения балки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
4 Расчет соединения поясов балки со стенкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
5 Установление размеров опорной части балки с проверкой на устойчивость . . . . . . . . 17
6 Проверка местной устойчивости балки с обоснованием размещения и
определением размеров ребер жесткости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
Расчет колонны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
1 Определение нагрузок и подбор сечения сплошной колонны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2 Компоновка и расчет базы сплошной колонны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
3 Выбор конструктивного решения и расчет сопряжения вспомогательной
балки с главной балкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4 Выбор конструктивного решения и расчет сопряжения
главной балки со сплошной колонной . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Расчет стропильной фермы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1 Определение нагрузок действующих на ферму . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
2 Определение усилий в элементах фермы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
3 Подбор сечений стержней фермы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
4 Расчет узлов фермы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
Овладевание методами расчета и конструирования балочных конструкций является в изучении курса "Металлические конструкции" так как балки являются основным конструктивным элементом в инженерной деятельности проектировщика. Шарнирно опертые балки широко применяются в мостостроении а жестко связанные со стойками балки являются ригелям поперечных рам промышленных и гражданских зданий. Это определяется простотой изготовления и надежностью работы балок.
У металлических балок типовым сечением является двутавровое которое наиболее эффективно при работе балки на изгиб так как распределение материала по сечению соответствует распределению нормальных напряжений в поперечном сечении балки. Кроме этого при использовании двутаврового сечения имеется возможность сделать стенку довольно тонкой вследствие хорошей работы металла на касательные напряжения. Чаще всего применяют однопролетные разрезные балки которые наи6олее просты в изготовлении и удобны для монтажа.
Система несущих балок используемая при проектировании конструкций балочного покрытия рабочей площадки называется балочной площадкой. В данном проекте производится расчет балочной площадки нормального типа. Нагрузка с настила перелается через балки настила на главные балки опирающиеся на колонны. При этом принято сопряжение балок в одном уровне что позволяет увеличить высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия. При проектировании балочной площадки разрабатывают как правило несколько возможных вариантов компоновки и на основании сравнения ТЭП этих вариантов выбирают оптимальный. При компоновке и конструировании сечений несущих элементов исходят из условия обеспечения прочности общей и местной устойчивости а также максимальной экономичности сечения что достигается за счет полного использования несущей способности материала сечения и выбора варианта имеющего; минимальную суммарную стоимость. Кроме того все принятые конструктивные решения для элементов и узлов сопряжения должны быть осуществимы с точки зрения технологии производства работ при изготовлении и монтаже конструкций.
Компоновка балочной площадки
При компоновке балочной площадки и следует учитывать следующие требования:
Шаг между балками должен быть одинаковым. В середине пролета не должна располагаться балка.
Шаг между второстепенными балками настила должен быть не больше расчетного пролета железобетонной плиты при данной временной нормативной нагрузке.
Расстояние между балками кратно 10мм.
Найдем максимальное и минимальное количество пролетов второстепенных балок при максимальном Nmax и минимальном Nmin расчетном пролетах железобетонной плиты и длине L =27000 мм главной балки:
Следовательно перечисленным условиям соответствует размещение в пролете главной балки второстепенных балок с количеством пролетов
n1= 11; n2= 9; n3= 7.
Воспользуемся табл. 1.1[4] найдем толщину железобетонной плиты в зависимости от нагрузки и ее ширины и результаты занесем в табл. 1.2.
Расчетный пролет плиты м
Толщина плиты см при временной нормативной нагрузке кПа
Ширина сраднего шага мм
Ширина крайнего шага мм
Рис.1.1. Схемы размещения второстепенных балок
1 Определение нагрузок на перекрытие
Сбор нагрузки на 1м2 перекрытия
Нормативная нагрузка qn кПа
Коэффициент надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка q кПа
Железобетонная плита ρ=2500 км3
Для каждой группы выбираем максимальные расчетные длины:
Погонная нагрузка при вычислении по первой группе предельных состояний:
g1= q1×b1= 2795×130=3633 (кНм)
g1= q2×b2= 2795×150=4192 (кНм)
g1= q3×b3= 2795×200=5699 (кНм)
Погонная нагрузка при вычислении по второй группе предельных состояний:
g1= ×b1= 2342×130=3045 (кНм)
g1= ×b2= 2342×150=3513 (кНм)
g1= ×b3= 2392×200=4784 (кНм)
1 Выбор оптимальной схемы балочной площадки (на основе результатов расчета для трех вариантов размещения
вспомогательных балок)
Согласно СНиП II-23-81* расчет на прочность балок сплошного сечения из стали с пределом текучести до 580МПа несущих статическую нагрузку следует выполнять с учетом развития пластических деформаций при соблюдении следующих условий:
Расчет на прочность балок переменного сечения с учетом развития пластических деформаций следует выполнять только для одного сечения с наиболее неблагоприятным сочетанием усилий М и Q в остальных сечениях учитывать развитие пластических деформаций не допускается.
Для обеспечения общей устойчивости балок рассчитываемых с учетом развития пластических деформаций необходимо чтобы передача нагрузки осуществлялась через сплошной жесткий настил непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный (плиты железобетонные из тяжелого легкого и ячеистого бетона плоский и профилированный металлический настил волнистую сталь и т.п.) или отношение расчетной длины балки к ширине сжатого пояса b не превышало значений определяемых по формулам табл.8* СНиП II-23-81* для балок симметричного двутаврового сечения.
При изгибе в одной из главных плоскостей уровень касательных напряжений
(кроме опорных сечений).
с — коэффициент принимаемый по табл.1.4.(Табл.66 СНиП II-23-81* выборочно);
Значения коэффициентов
c1 -- коэффициент принимаемый не менее единицы и не более коэффициента с ;
α — коэффициент равный 07 для двутаврового сечения изгибаемого в плоскости стенки.
Расчет в опорном сечении:
Максимальный расчетный момент:
Максимальная расчетная поперечная сила:
Принимаем сталь С255. Согласно п.3 СНиП II-23-81* табл.1* табл.51* табл.52*
По табл.6* СНиП II-23-81* Согласно “Правил учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкций” СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" .
Расчетный момент сопротивления второстепенной балки:
По сортаменту подбираем сечение 3 второстепенных балок: (табл 1.5)
Определяем коэффициент с1 (по табл.66 СНиП II-23-81*): (табл 1.6)
Максимальный расчетный момент:
Проверим подобранные сечения по нормальным напряжениям:
недонапряжение — 157% = (2779 – 2343) 278
недонапряжение — 28% = (2779 – 2700) 278
недонапряжение — 20% = (2779 – 2222) 278
Условие прочности по нормальным напряжениям выполняется.
Проверим подобранное сечение по касательным напряжениям:
Условие прочности по касательным напряжениям выполняется.
Проверим второстепенную балку по второй группе предельных состояний (по жесткости):
Где значение принято согласно табл 1.7 (Выборочно из табл.19 СНиП 2.01.07-85.
Элементы конструкций:
Вертикальные предельные прогибы fu
Балки фермы ригели прогоны плиты настилы (включая поперечные ребра плит и настилов):
А) покрытий перекрытий открытых для обзора при пролете lм
l≥36(24) в скобках при высоте до 6 метров включительно
Схема балочного перекрытия
Наименование конструктивных элементов
Толщина монолитной плиты
Количество второстепенных балок
Стальные конструкции
Принимаем вариант 2.
Расчет главной балки
1. Определение нагрузок и усилий (М Q)
Главная балка воспринимает нагрузки от вышележащих второстепенных балок.
Эквивалентные погонные нагрузки для расчета по первой и второй группам предельных состояний равны:
2 Компоновка сечения составной балки с проверкой на прочность. общую устойчивость и жесткость
Принимаем сталь С255. Согласно п.3 СНиП II-23-81* и табл.1* табл.51* табл.52*
(для толщины 21-40 мм )
В соответствии с п.5.12 п.5.18 п.519* СНиП II-23-81*:
Оптимальная высота балки:
Высота стенки tw = (7+3h)10-3=(7+3×11001000)=103 (мм)
Проверяем оптимальную высоту балки и по другой формуле:
Окончательно принимаем h =110 м
Принимаем tf=22 мм тогда hw= h-2tf=110-2×0022=1056 (м)
Проверяем работу стенки при опирании главной балки на колонну:
Проверим необходимость постановки продольных ребер жесткости:
Постановка продольных ребер жесткости не требуется.
Ширину полки из условия обеспечения общей устойчивости балки назначают:
Из условия свариваемости листов торцевым швом:
где [bef] определяем по табл2.1( табл.30 СНиП II-23-81*)
Расчет изгибаемых элементов
Характеристика свеса
Наибольшие значения отношения beft
В пределах упругих деформаций
С учетом разв. пластических деформаций
b eft=011heftw но не более 05√ERy
b eft=016heftw но не более 075√ERy
При h eft w ≤ 27 √ERy наибольшее значение отношения b eft: следует принимать для неокаймленного свеса b eftf =03√ERy ; для окаймленного b eftf =045√ERy
Окончательно принимаем bf = 360 мм.
Согласно п.5.16* СНиП II-23-81* проверка балки на общую устойчивость не требуется при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надёжно с ним связанный.
Вычислим геометрические характеристики принятого сечения:
Проверим подобранное сечение по нормальным напряжениям:
Напряжение равно 33% = (2663 – 2576)2663
Условие прочности по нормальным и касательным напряжениям выполняется.
Проверим второстепенную балку по второй группе предельных состояний (по жесткости)
Компоновка сечения главной балки закончена.
3. Определение места измененения сечения балки
Изменение сечения балки наиболее целесообразно назначать на расстоянии:
Усилия в измененном сечении:
Принимаем сварку в изменяемом сечении с физическим контролем. Тогда Rwy= Ry
Ical = Ical - Iw = 3473779 – 981320 = 2492459 (см4 )
ba> bf 2 = 036 2 = 0180 (м)
ba> h 10 = 110 10 = 0110 (м) ba = 0180 м
Принимаем ba= 200 мм
Вычислим геометрические характеристики измененного сечения:
Sa` = b a t f a f = 020 · 0022 · 0539 = 23716 (см 3) – статический момент полки.
Проверим место изменения сечения по нормальным напряжениям:
Проверим место изменения сечения по касательным напряжениям:
Проверим место изменения сечения по приведенным напряжениям:
Условие прочности по приведенным напряжениям выполняется.
4. Расчет соединения поясов балки со стенкой
Соединение поясов главной балки со стенкой принимаем двухсторонними швами.
Согласно п.11.16 и табл.37* СНиП II-23-81* расчет швов соединяющих пояса главной балки со стенкой производят по формулам:
где Т — сдвигающее усилие на единицу длины
Принимаем автоматическую сварку в среде СО2. Согласно табл.55* СНиП II-23-81* сварочную проволоку Св-08Г2С тип электрода Э42
Согласно п.3.4 и табл.56 с учетом требований п.11.1* принимаем Rwf = 215 МПа. Согласно п.3.4 и табл.3 СНиП II-23-81* Rwz = 045 Run = 045 · 370 = 1665 (МПа).
Согласно п.12.8 и табл.38* СНиП II-23-81*
К f.min = 6 мм для автоматической сварки. Максимальный катет шва Кf.max=1.2·tmin = 10 ·12 = 12 (мм).
Согласно п.11.2* и табл. 34* СНиП II-23-81* f = 11 z = 115
Согласно п.11.2* СНиП II-23-81* γz = 1 γf = 1
Разрушение произойдёт по металлу границы сплавления.
Катет шва принимаем конструктивно согласно требованиям табл.38 СНиП II-23-81*
5. Установление размеров опорной части балки с проверкой на устойчивость
Согласно п.п.7.12. СНиП II-23-81* Участок стенки балки составного сечения над опорой при укреплении его ребрами жесткости следует рассчитывать на продольный изгиб из плоскости как стойку нагруженную опорной реакцией. В расчетное сечение этой стойки следует включать сечение ребра жесткости и полосы стенки шириной 065t √ERyc каждой стороны ребра. Расчетную длину стойки следует принимать равной высоте стенки.
Нижние торцы опорных ребер (рис.27) должны быть остроганы либо плотно пригнаны или приварены к нижнему поясу балки. Напряжения в этих сечениях при действии опорной реакции не должны превышать: – расчетного сопротивления прокатной стали смятию Rp при a≤ 15 t и сжатию Ry при а > 15t.
В случае приварки опорного ребра к нижнему поясу балки сварные швы должны быть рассчитаны на воздействие опорной реакции.
Согласно п.п. 7.13. СНиП II-23-81* Одностороннее ребро жесткости расположенное в месте приложения к верхнему поясу сосредоточенной нагрузки следует рассчитывать как стойку сжатую с эксцентриситетом равным расстоянию от срединной плоскости стенки до центра тяжести расчетного сечения стойки. В расчетное сечение этой стойки необходимо включать сечение ребра жесткости и полосы стенки шириной 065t √ERyc каждой стороны ребра. Расчетную длину стойки следует принимать равной высоте стенки.
Размеры опорного ребра определяют из условия его работы на смятие.
где коэффициент надёжности по материалу определяемый по табл.2*СНиП.
Ширину опорного ребра принимаем равной ширине пояса bоп = 200 мм.
Радиус инерции сечения
Расчетная гибкость опорного ребра
Значение принимаем по табл.72 СНиП II-23-81*: φ=0952
Устойчивость опорной части балки обеспечена.
Проверим местную устойчивость ребра. Для обеспечения местной устойчивости должно выполняться условие:
где взято из табл. 2.2 ( Выборочно табл.29 СНиП II-23-81*)
Местная устойчивость ребра обеспечена.
Согласно п.11.1* и п.12.6 СНиП II-23-81* расчет швов соединяющих опорное ребро со стенкой главной балки производят по формулам:
К f.min = 5 мм для автоматической сварки. Максимальный катет шва Кf.max=1.2·tmin = 10 ·12 = 12 (мм).
Согласно п.11.2* и табл. 34* СНиП II-23-81* f = 09 z = 105
Принимаем kf = 5 мм.
6. Проверка местной устойчивости балки с обоснованием размещения и определением размеров ребер жесткости
Согласно п.7.10. СНиП II-23-81* стенку балки следует укреплять поперечными ребрами жесткости если значение условной гибкости стенки балки λw превышает 32.
Расстояние между основными поперечными ребрами не должно превышать 2hef. . В местах приложения неподвижных сосредоточенных грузов и на опорах следует устанавливать поперечные ребра
установка ребер нужна.
Шаг ребер a≤ 2hef = 1056 · 2 = 2112 (м)
Так как шаг второстепенных балок 150 м. что меньше необходимого шага ребер принимаем шаг ребер 15 и 15 м.
Согласно п.7.10. СНиП II-23-81* ширина для парного ребра
Принимаем bh = 75 мм.
Принимаем ts = 6 мм.
Принимаем окончательно с учетом расстановки болтов bh = 100 мм.
Согласно п.7.3. СНиП II-23-81* устойчивость стенки балки не требуется проверять если гибкость стенки не превышает 35 (при отсутствии местного напряжения в балках с двусторонними поясными швами). Так как
проверяем устойчивость. Согласно п.7.4. СНиП II-23-81* расчет на устойчивость стенки балки симметричного сечения укрепленной только поперечными ребрами жесткости следует выполнять по формуле:
коэфф. ccr = 355 — по табл.2.3 ( таблица 21 СНиП II-23-81*)
где bf и tf – соответственно ширина и толщина сжатого пояса балки; – коэффициент принимаемый по табл. 2.4 для балок на высокопр.болтах c cr = 352.
Условия работы сжатого пояса
Крановые рельсы не приварены
Крановые рельсы приварены
При непрерывном опирании плит
Коэффициент отношение большей стороны пластинки к меньшей
Расчет на устойчивость стенки балки произведем в нескольких отсеках: в приопорном в среднем и в месте изменения сечения.
где M и Q вычисляем для более напряженного участка с длиной равной высоте отсека: hef= 1056 м
Устойчивость обеспечена.
Согласно п.7.2. СНиП II-23-81* если в пределах отсека момент или поперечная сила меняют знак то их средние значения следует вычислять на участке отсека с одним знаком.
МЕСТО ИЗМЕНЕНИЯ СЕЧЕНИЯ
Рис 4.2. Расчетные усилия в стержнях фермы

27-4-20.dwg

Совмещенный план балок
Узлы фермы показаны схематически
Ведомость отправочных элементов
Читать совместно с листом 1
производственного здания
Стальной каркас 2 этажного
Геометрическая схема
и деревянные конструкции
Кафедра:"Металлические
ТКП 45-5.04-41-2006 "Стальные
ТКП 45-2.01-111-2008 "Защита строительных конструкций от коррозии".
Правила изготовления
Защиту стальных конструкций балочной клетки от коррозии
конструкции.Правила монтажа" ТКП 45-5.04-121-2009."Стальные строительные конструкции.
Изготовление и монтаж конструкций производить в соответствии со
Нагрузки и воздействия" и СНиП 11-23-81*"Стальные конструкции
Расчет элементов балочной площадки произведен в строгом соответствии с главой СНиП 2.01.07-88
Сложный см. данный чертеж
Ведомость расчитываемых элементов
Заводской шов сплошной невидимый
Заводской шов сплошной видимый
Постоянный болт нормальной точности
Условные обозначения
Фрезеровать после сварки
Разрезы 1-1 6-6.Узлы
Кафедра:Металлические
Мягкая рулонная кровля "Сипласт
Изготовление и монтаж конструкций производить в соответствии с
Читать совместно с листом 2
автоматической сваркой.
Все заводские соединения сварные
монтажные на болтах нормальной точности. Поясные швы балки выполнены