Балочное перекрытие рабочей площадки

Моя курсовая.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Ивановский государственный политехнический университет
Кафедра строительных конструкций
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по теме:
«Балочное перекрытие рабочей площадки»
студент группы ПГСТ-31
Номер зачетной книжки - 147069
Размеры одной ячейки балочной клетки: м.
Временная нормативная нагрузка на рабочую площадку: рн кНм2.
Отметка верха настила балочной клетки: м.
Материал стальных конструкций и фундамента при рн кНм2 кНм2:
главные балки и колонны из стали С235;
вспомогательные балки и плоский стальной настил из стали марки С235;
фундамент из бетона класса В125.
Строительная высота главных балок hстр м.
Тип сопряжения главных балок с колоннами – примыкание сбоку.
Тип колонны – сквозная колонна.
Выбор типа балочной клетки
1. Расчет стального настила
Для определения расхода материала в первую очередь необходимо выполнить подбор сечения стального настила. Рассмотрим для этого полосу шириной 1cм вырезанную из средней части настила (рис. 1).
Рис.1 К расчету листового настила
Отношение пролета к толщине листа определяем из условия жестокости:
где МПа = 226373.6 103 кНм2
кНм2 – нормативная нагрузка на настил
2. Компоновочные варианты балочной клетки
2.1. Балочная клетка нормального типа. Вариант 1
Шаг балок назначают из условия кратности. Примем а = 1100 мм.
Рис. 2. К расчету балочной клетки нормального типа
а) подбор толщины настила:
По ГОСТ 82-70 выбираем толщину листа н = 12 мм
Расход стали на настил для 1 м2 площади:
кгм2 н принимается в см
б) подбор сечения балок настила
- Погонная нормативная нагрузка на 1м балки:
- Погонная расчетная нагрузка на 1 м балки:
= 922 кгм2=0922 кНм2
=12 ; =105 – коэффициенты перегрузки
Расчетный изгибающий момент :
Требуемый момент сопротивления определяется по первому предельному состоянию: см3 где
Ry = 23 кНcм2 – расчетное сопротивление листовой прокатной стали С235;
С1 = 112 – коэффициент учета развития пластических деформаций;
γс = 1– коэффициент условия работы.
В соответствии со значением Wтр из сортамента по ГОСТ 26020-83 выбираем ближайший двутавр для которого W W G= 28 кгм = 028 кНм
в) проверка прочности и жесткости балок настила:
Для проверки прочности принятых балок настила определяем фактическую нагрузку и максимальный момент с учетом собственного веса балки G:
Процент недонапряжения:
Находим минимальную высоту балки из условия жесткости:
где - относительный допустимый прогиб балки
Так как (258мм > 1901мм) то проверка жесткости не требуется.
Расход стали от балок настила на 1 м2 площади: кгм2
Общий расход стали: кгм²
Количество балок на одну ячейку:
2.2. Балочная клетка нормального типа. Вариант 2
Шаг балок назначают из условия кратности. Примем а = 750 мм.
Рис. 3. К расчету балочной клетки нормального типа
По ГОСТ 82-70 выбираем толщину листа н = 9 мм.
кгм2 = 0 7065 кНм2 н принимается в см
=1.2 ; =1.05 – коэффициенты перегрузки
В соответствии со значением Wтр из сортамента по ГОСТ 26020-83 выбираем ближайший двутавр для которого W W G= 258 кгм = 0258 кНм
Находим минимальную высоту балки из условия жесткости:
Так как (200мм > 1901мм) то проверка жесткости не требуется.
2.3.Балочная клетка усложнённого типа. Вариант 3.
Назначаем шаг вспомогательных балок с =33м и шаг балок настила а=08м.
а) Определение толщины настила и расхода стали на настил
б) Подбор сечения балок настила
С целью сокращения количества балок и большей экономии стали балки настила проектируем неразрезными (рис.4).
Рис. 4. К расчету балочной клетки усложненного типа
Предельному состоянию таких балок соответствует образование пластических шарниров в первом пролёте и на второй опоре.
Расчётный изгибающий момент при этом равен:
Требуемый момент сопротивления определяется по первому предельному состоянию:
В соответствии со значением Wтр из сортамента по ГОСТ 26020-83 выбираем ближайший двутавр для которого W W G= 188 кгм = 0188 кНм
Жесткость балок настила проверять не следует т. к. в силу их неразрезности максимальный прогиб будет в 25 раза меньше чем прогиб разрезной балки и условие предельного состояния удовлетворяется с большим запасом.
Расход стали на балки настила вычисляют по формуле:
в) Подбор сечения вспомогательных балок
Балки настила опираются на вспомогательные балки этажным способом передавая нагрузки в точках опирания (рис.5).
Сила F – удвоенная опорная реакция балок настила
Нагрузка на вспомогательную балку принимается в виде равномерно-распределённой нормативная и расчетная величины которой вычисляются по формуле: кНм
Расчётный изгибающий момент :
Требуемый момент сопротивления:
В соответствии со значением Wтр из сортамента по ГОСТ 26020-83 выбираем ближайший двутавр для которого W W G= 675 кгм = 0675 кНм кНм
Так как (396мм > 1901мм) то проверка жесткости не требуется.
Расход стали на 1 м2:
Общее количество балок:
3. Сравнение вариантов и выбор экономичного решения
Технико-экономические показатели рассмотренных вариантов балочной клетки сводятся в таблицу:
ТЭП вариантов балочной клетки
Вспомогательных балок
На основании таблицы 1 принимаем первый вариант балочной клетки как наиболее экономичный. Это балочная клетка нормального типа с шагом а=11 м для которой и производится дальнейший расчет.
Расчет главной балки
1. Подбор сечения главной балки
а) Общая характеристика
Главные балки воспринимают значительно большие нагрузки поэтому их делают из составного двутаврового сечения. Для экономии материала до 10 12 % сечение балки изменяют по ее длине.
Высота балки определяется экономическими соображениями (hopt) максимально допустимым прогибом (hmin) и сопоставляется со строительной высотой (hстр).
б) Определение действующей нагрузки
Для нормального типа балочной клетки нагрузка равномерно распределена по всему пролету главной балки.
в) Определение расчетных усилий
Рис. 6. Эпюры усилий M и Q в главной балке
Максимальное значение усилий Mmax и Qmax:
Расчетные усилия: ; где = 102 104 - коэффициент учета собственной массы главной балки. Принимаем = 102. кНм кН
Требуемый момент сопротивления сечения:
г) Подбор сечения балки
Расчетные характеристики стали С235:
Рис. 7. Сечение главной балки
Определяем оптимальную высоту балки по эмпирической формуле
Определяем минимальную требуемую высоту сечения:м = 125 см где
- относительный предельный прогиб главной балки
Принимаем в первом приближении высоту балки из условия:
Определяем толщину стенки исходя из следующих условий:
- из условия прочности на срез в опорном сечении:
- из условия местной устойчивости при действии только нормальных напряжений:
- из условия экономичности: см
На основании вышеприведенных расчетов по ГОСТ 19903-74* назначаем толщину стенки: tw= 12 мм
Уточняем оптимальную высоту балки по формулесм =150см
В целях унификации высоту балки принимаем кратной 100мм.
Вычисляем высоту стенки:
hw = h –2tf = 150-2·22 = 1456 см где tf = 2tw = 22мм
Определяем требуемую площадь сечения поясов: см2
По ГОСТ 82-70 принимаем окончательные размеры поясных листов:tf = 22 мм
Проверяем условие: ; 218 2993
д) Проверка прочности по краевым нормальным напряжениям
Вычислим фактические геометрические характеристики принятого сечения главной балки:см см3кгм = 314кНм
Расчетные усилия в балке с учетом собственного веса: кН·м кН
Условие прочности: Ry ·γс ;
2. Изменение сечения балки по длине
Сечение главной балки изменяем в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. При равномерно распределенной нагрузке наивыгоднейшее место изменения сечения находится на расстоянии x = l6= 1656= 275 м от опор.
Определение усилий в балке:
Площадь пояса в ссуженной части: см2
Определяем ширину пояса: см
Назначаем окончательную ширину пояса с учетом стандартных размеров по ГОСТ 82-70 и с учетом конструктивных требований:
b’f = 25 см >h 10 = 150 10 = 15 см
b’f = 25 см =bf 2 = 48 2 = 24см
Принимаем b’f = 25 см
В сечениях с уменьшенными размерами совместно действуют большие нормальные и касательные напряжения поэтому необходимо выполнить проверку по приведенным напряжениям на уровне поясных сварных швов. см4 см3
3. Проверка общей устойчивости балки
В нашем случае балочная клетка нормального типа с раскладкой балок настила по верхнему поясу с этажным сопряжением. При такой компоновке общая устойчивость главной балки обеспечивается поэтому условие не проверяем.
4. Проверка местной устойчивости поясных листов и стенки
Потеря местной устойчивости тонких листов возможна как при наличии нормальных и касательных напряжений а отдельности и при их совместном действии.
а)сжатый пояс составной балки устойчив если имеет место:
где bef - расстояние от грани стенки до края поясного листа
bef = (bf - tw)·05 = (48-11)·05 = 2345 см
; 11725 кНсм2 14.96 кНсм2
б) местная устойчивость стенки балки обеспечивается если условная гибкость стенки:
Так как 35 λw =442 6 то стенку необходимо укрепить поперечными ребрами. Максимальное расстояние между ребрами жесткости: см
Рис. 9. Схема балок укрепленных ребрами жесткости
Среднюю часть стенки длиной 03· l = 03·165=495 м укрепляем установкой поперечных ребер под каждую балку настила.
Устойчивость стенки на уровне поясных швов при местных напряжениях равных нулю проверяем по формуле:
Рис. 10. Места для определения напряжений и
Рассмотрим напряжения во 2-м отсеке на расстоянии
х = а+(а-hw)=22+(22-1465)= 2935 м кН·м кН
Критические напряжения в отсеке:
кНсм2 где d- меньшая сторона отсека (d=hw)
- отношение большей стороны отсека к меньшей =ahw=151
Определяем ширину и толщину ребер жесткости:
мм принимаем bp = 90 мм
см принимаем tp = 6 мм
5. Конструкция и расчет опорного ребра
Требуемая площадь опорного ребра определяется из условия прочности его пристроганного торца на местное смятие:
кНсм2 - расчетное сопротивление стали смятию
Рис. 11. Сопряжение балок с колонной и расчетное сечение ребра для расчета на устойчивость
Условие местной устойчивости:
Принимаем опорное ребро: bop = 20 см ; top = 1.6 см по ГОСТ 82-70
Далее проверяем опорное ребро на устойчивость из плоскости балки как центрально сжатый элемент длиной равной высоте стенки главной балки по формуле:
6. Расчет соединения поясов со стенкой
Поясные сварные швы обеспечивают монолитность составного элемента и совместную работу поясов и стенки. В результате этого в них возникают сдвигающие усилия которые определяем по формуле Д.И.Журавского.
Рис.12. К расчету поясных швов
Высота катета шва определяется из двух условий:
) из условия среза по металлу шва: см
)из условия среза по границе шва: см
кНсм - сдвигающее пояс усилие на длину 1 см вызываемое поперечной силой Q;
кНсм² - расчетное сопротивление по металлу шва;
- коэффициенты условий работы шва;
-коэффициенты зависящие от способа сварки.
кНсм² - расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу границы сплавления;
Исходя из этого (согласно СНиП) назначаем катет шва равным kf = 6 мм.
7. Конструкция и расчет укрупнительного сварного стыка балки
Разбивка балки на отправочные элементы диктуется возможностями транспортирования по весу и длине. Главную балку необходимо разбить на 2 отправочные марки расположив монтажный стык в середине пролета.
Чтобы уменьшить сварочные напряжения и остаточные деформации сначала сваривают стык стенки далее придерживаются последовательности показанной цифрами на рис.13. Такой стык следует считать равнопрочным основному металлу сечения балки и может не рассчитываться.
Рис. 13. Монтажный стык главной балки
Расчет и конструирование центрально сжатой колонны с базой
1. Общая характеристика
Основным требованием к центрально нагруженной колонне является равноустойчивость относительно осей X и Y: .
В данном случае применяется сквозная колонна. Такие колонны трудоемки в изготовлении но экономичны по затрате материалов благодаря соблюдению равноустойчивости. Планки обеспечивают совместную работу ветвей.
Материал колонны – сталь С235.
Рис. 14. Тип колонны расчетная схема и сечение колонны
2 Подбор сечения и проверка устойчивости колонны
Подбор сечения ветвей сквозной колонны производят относительно материальной оси "х" (Рис.14).
Продольная сила будет равна удвоенной реакции главной балки (собственным весом пренебрегают):
Расчетная длина lef определяется по формуле: мм = 793см
Требуемая площадь сечения одной ветви будет:
Т. к. N2500 то λ1=60φ1=0811
Из сортамента по ГОСТ 8240-97 выбираем швеллер 40У с А=615 см2 rx=157 см ry0=323 см Ix=15220 см4 I y0=642см4.
Проверка устойчивости в плоскости "x":
Расстояние между ветвями (в) определяют из условия гибкости относительно свободной оси "у" в результате податливости пластинок поэтому
где λв = 25 - гибкость ветви между планками
Находим "в" в первом приближении:
Назначаем расстояние между ветвями в=410 мм.
Расстояние между центрами тяжести сечений ветвей:
с = 410-2·275=355мм=355 см
Геометрические характеристики всего сечения:
Гибкость сквозной колонны относительно свободной оси "у-у":
Проверка устойчивости сквозного стержня в плоскости "у":
3 Расчет планок сквозной колонны
Расстояние между планками в свету будет (Рис. 15):
Рис. 15. К расчету планок сквозной колонны
Размеры планок назначают конструктивно:
tпл=10мм dпл = 05·в = 05·410 = 205мм в ≤ 50tпл
Расчет соединительных планок и их прикрепления выполняют как в случае безраскосных ферм с учетом условной поперечной силы при потере устойчивости колонны: кН
В запас прочности можно принять =1
От силы Qfic в планках возникают усилия:
Проверку прочности планок на изгиб производят по формуле:
Прочность сварных швов при заданном катете швов kf ≤ 12tпл (kf = 8мм) проверяют по формулам:
- по металлу границы сплавления
4. Расчет и конструирование базы колонны
Нижняя развитая часть колонны называемая базой предназначена для передачи сосредоточенной нагрузки на бетонный фундамент и закрепления колонны с ним в соответствии с принятой расчетной схемой.
Рис. 16. База колонны
Площадь плиты базы определяем из условия прочности бетона фундамента смятию:
Аф – площадь фундамента под плитой базы;
Rпр –призменная прочность бетона (для В125 Rb = 75МПа)
Ширину плиты определяем из компоновочной схемы:
В = h + 2c + 2tT = 40+2·6+2·1 = 54 см где
c– вылет консоли принимаем равным 6см.
Принимаем ширину плиты 540мм.
Длину плиты находят:см
По конструктивным соображениям принимаем длину плиты 430мм.
Проверяем фактическое напряжение смятия в бетоне под плитой:
Т.к. плита работает на изгиб где в качестве опор служат полки и стенка колонны траверсы и ребра то в результате получаются участки опертые на 4 3 канта или консольные.
– консольный участок:
– участок с опиранием на 4 канта:
=01-коэффициент зависящий от b1 a = 394195= 2
– участок с опиранием на 3 канта вычисляем как консольный т. к.
- коэффициент зависящий от отношения а1 d = 1040 =02503 плита работает как консоль:
По наибольшему значению момента вычисляем толщину плиты:
По ГОСТ 82-70 принимаем tпл = 36мм
Определим высоту траверсы:
Принимаем окончательную высоту траверсы 34 см.
5. Расчет и конструирование оголовка колонн
Рис.17. Оголовок колонны и тип сопряжения с балкой
В случае крепления главной балки к колонне сбоку (рис.17) вертикальная реакция передается на опорный столик приваренный по трем сторонам к полкам колонны. Толщину столика принимаем на 10 мм больше толщины опорного ребра главной балки:
Длину опорного столика определяем из условия прочности на срез по металлу шва:
kf – катет шва (можно принять в пределах 10 20мм);
– коэффициент учитывает возможное неравномерное перераспределение реакции между вертикальными швами из-за неточности изготовления.
Библиографический список
СП 16.13330.2011 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*
Металлические конструкции под редакцией Беленя Е.М.
Москва: Стройиздат 1986
Строительные конструкции. Учебное пособие сост. С.А. Малбиев А.Л. Телоян А.Н. Лопатин; Иваново: ИГАСУ 2006
Расчет и конструирование стальных конструкций балочной клетки. Методические указания для курсового проектирования по металлическим конструкциям сост. Телоян А.Л. Иваново: ИИСИ 1983
Выбор типа балочной клетки2
1. Расчет стального настила2
2. Компоновочные варианты балочной клетки4
2.1. Балочная клетка нормального типа. Вариант 14
2.2. Балочная клетка нормального типа. Вариант 27
2.3.Балочная клетка усложнённого типа. Вариант 3.10
3. Сравнение вариантов и выбор экономичного решения13
Расчет главной балки14
1. Подбор сечения главной балки14
2. Изменение сечения балки по длине18
3. Проверка общей устойчивости балки20
4. Проверка местной устойчивости поясных листов и стенки20
5. Конструкция и расчет опорного ребра23
6. Расчет соединения поясов со стенкой25
7. Конструкция и расчет укрупнительного сварного стыка балки26
Расчет и конструирование центрально сжатой колонны с базой27
1. Общая характеристика27
2 Подбор сечения и проверка устойчивости колонны27
3 Расчет планок сквозной колонны27
4. Расчет и конструирование базы колонны27
5. Расчет и конструирование оголовка колонн27
Библиографический список27

На печать.dwg

Монтажная схема М1:200
Укрупнительный стык главной балки М 1:25
Концы стыков швов поясов вывести на планки. Цифрами обозначен порядок наложения монтажных швов. Стрелками указоно направление сварки.
стальной настил t=12мм
16-ИВГПУ-ИСИ-147069-КР-МК
Балочная клетка рабочей площадки
Монтажная схема. Колонна К1. Балка Б1. Узлы. Спецификация стали.
Марка или наим. стали
Спецификация стали С235 по ГОСТ 27772-88
Таблица отправочных марок
Условные обозначения
сварной шов заводской сварной шов монтажный
А6 автоматическая сварка кf =6мм
Материал конструкции - сталь марки С235 по ГОСТ 27772-88 2. Болты нормальной точности М20 3. Отверстия d=23 4. Катет швов кf =6мм 5. На монтажной схеме компоновка балочной клетки условно показана только в одной ячейке. 6. Торцы колонны фрезеровать после сборки стержня. 7. Поясные швы отправочной марки Б1
К1 выполнять автоматической сваркой
прочие заводские швы полуавтоматической 8. Электроды дли ручной сварки Э42 9. Размеры в выдержать с точностью ±1мм
стальной настил t= 12 мм
П5 полуавтоматическая сварка кf =5мм