Балочное перекрытие рабочей площадки

Металл ПЗ.docx

Проектирование балок и балочных клеток3
1 Расчет стального настила3
2 Расчет балок настила и вспомогательных балок4
3 Выбор наиболее экономичного варианта9
4 Расчет сварного шва9
1 Компоновка и подбор сечения составных балок проверка прочности11
2 Изменение сечения главной балки и проверка прочности в изменённом сечении16
3 Проверка общей устойчивости главной балки18
4 Проверка местной устойчивости составных балок. Расчет ребер18
Центрально сжатые колонны23
1 Подбор сечения сплошной колонны23
2 Расчет оголовка сплошной колонны25
3 Расчет базы сплошной колонны27
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ32
Курсовая работа разработана в соответствии с заданием и включает выбор и расчёт наиболее экономичной схемы компоновки в плане балок расчёт и конструирование стержня оголовка базы колонны и расчёт необходимых узлов и швов. Проект состоит из пояснительной записки и графической части. Записка выполнена на 37 страницах. Графическая часть разработана на 1 листе формата А1.
Проектирование балок и балочных клеток
1 Расчет стального настила
—временная равномерно распределенная нагрузка: ;
Вариант 1 (нормальный тип балочной клетки).
Принимаем толщину настилу равную 6 мм.
Предельное значение пролета настила к его толщине определяется по формуле:
где – толщина настила;
– отношение пролета настила к предельному прогибу принимается равным 150;
– цилиндрический модуль упругости определяемый по формуле:
гдеE – модуль упругости стали равный 206 105 Мпа;
– коэффициент Пуассона равный 03.
Определяем количество пролетов:
Окончательно принимаем
Вариант 2 (нормальный тип балочной клетки).
Принимаем толщину настилу равную 10 мм.
Вариант 3 (усложненный тип балочной клетки).
Принимаем толщину настилу равную 8 мм.
2 Расчет балок настила и вспомогательных балок
Вариант 1 (нормальный тип балочной клетки с шагом 0609 м).
Нормативная и расчётная погонная нагрузки на балку настила:
где – временная нагрузка
– нагрузка от собственного веса настила
коэффициенты надежности по нагрузке от временной нагрузки и от собственного веса стальных конструкций
– ширина грузовой площади.
Расчетный изгибающий момент и поперечная сила:
Требуемый момент сопротивления определяем с учётом развития пластических деформаций предварительно назначив :
где – коэффициент условий работы конструкции равный 1.
По сортаменту двутавров назначаем двутавр №25Б2 с характеристиками сечения:
Прочность балки обеспечена.
Проверка жесткости балки.
Предельный допустимый относительный прогиб балки:
Фактический прогиб балки настила:
Жесткость балки не обеспечена. Следовательно принимаем двутавр №30Б1 с характеристиками сечения:
Жесткость балки обеспечена.
Вариант 2 (нормальный тип балочной клетки с шагом 1 м).
Требуемый момент сопротивления:
По сортаменту двутавров назначаем двутавр №35Б1 с характеристиками сечения:
Вариант 3 (усложненный тип балочной клетки с шагом балок настила и вспомогательных балок 0813 м и 2 м).
По сортаменту двутавров назначаем двутавр №12Б1 с характеристиками сечения:
Жесткость балки не обеспечена. Следовательно принимаем двутавр №14Б2 с характеристиками сечения:
Нормативная и расчётная погонная нагрузки на вспомогательную балку:
По сортаменту двутавров назначаем двутавр №50Б1 с характеристиками сечения:
3 Выбор наиболее экономичного варианта
Требуется определить наиболее экономичный вариант компоновки балочной клетки.
Данные расхода стали и другие показатели сводим в таблицу 1.
Таблица 1 – Экономическое сравнение
вспомогательные балки
Наиболее экономичным является 1 вариант.
4 Расчет сварного шва
Толщина настила tн = 6 мм класс стали настила C255.
В качестве балки настила применяется двутавр стали класса С255 №30Б1 по СТО АСЧМ 20-93 с размерами сечения h = 298 см (высота двутавра); b = 145 см (ширина полки двутавра); tw = 055 см (толщина стенки); tf = 08 см (толщина полки).
Настил привариваем к балкам настила полуавтоматической сваркой под слоем флюса. Для полуавтоматической сварки используем сварочную проволоку Св-08Г2С [1 табл. П4.1].
Определим сечение по которому необходимо рассчитать угловой шов на срез (условный):
гдеRwf = 18 кНсм2 [1 П4.2.];
Rwz = 17 кНсм2 [1 прил.1];
γwf γwz – коэффициенты равные 1.
Величину катета сварного шва определим по формуле:
гдеH – величина распора равная 1 кН;
lw – ширина полосы равная 1 см.
Конструктивные требования к сварным швам:
Принимаем катет сварного шва равным 5 мм.
1 Компоновка и подбор сечения составных балок проверка прочности
Требуется скомпоновать составное сварное сечение и проверить прочность главной балки балочной клетки. Строительная высота перекрытия – 2 м. Предельно допустимый прогиб при l = 14 м .
Для главной балки используется сталь С355 с Ry = 30 кНсм2.
Собственный вес балки принимаем ориентировочно в размере 2% от действующей на неё нагрузки.
Нормативная и расчетная погонные нагрузки на балку:
где– временная равномерно распределенная нагрузка кНм2;
– нагрузка от собственного веса настила кНм2;
– нагрузка от собственного веса балки настила кНм2;
Требуемый момент сопротивления определяем с учетом развития пластических деформаций предварительно назначив с1 = 11:
Назначаем ориентировочную высоту главной балки и толщину стенки .
Определяем оптимальную высоту балки по формуле:
Определяем минимальную высоту балки:
Высота балки должна быть больше минимальной достаточно близкой к оптимальной.
Определяем максимальную высоту балки при этажном сопряжении:
Высота балки должна быть больше минимальной достаточно близкой к оптимальной. Принимаем высоту балки .
Минимальную толщину стенки из условия работы на срез определим по формуле:
Для того чтобы не укреплять стенку продольным ребром толщина стенки должна быть больше минимальной определенной по формуле:
где – толщина полки главной балки.
Окончательно принимаем .
Определим требуемые геометрические характеристики сечения главной балки:
Требования предъявляемые к размерам поясов.
Ширина поясов должна быть в пределах:
Толщина пояса должна быть в пределах
Принимаем сечение пояса мм.
Рисунок 2.1 – Сечение главной балки
Проверим выполнение требований местной устойчивости сжатого пояса
Местная устойчивость пояса обеспечена.
Определим геометрические характеристики сечения главной балки:
Определим нагрузку от собственного веса балки:
Уточним полную фактическую нагрузку и расчетные усилия:
Проверим прочность сечения лавной балки:
Условие не выполняется то есть прочность главной балки не обеспечивается. Увеличиваем толщину полки принимаем .
2 Изменение сечения главной балки и проверка прочности в изменённом сечении
Место изменения сечения принимаем на расстоянии 16 пролёта: .
Сечение изменяем уменьшением ширины поясов. Соединение листов поясов осуществляем сварным швом встык электродами Э42А без применения физических методов контроля качества сварного шва. При этом .
Определим момент и поперечную силу в расчетном сечении:
Определим требуемые момент сопротивления и площадь пояса по формулам:
Ширина пояса в изменённом сечении:
Принимаю пояс сечением 3 × 32 см.
При этом должны выполняться конструктивные требования:
Определим геометрические характеристики измененного сечения:
Определим нормальные и касательные напряжения в стенке на уровне поясных швов и проверим прочность измененного сечения по формуле:
Прочность сечения обеспечена.
Проверим жесткость балки с учетом уменьшения ширины поясов по формуле:
3 Проверка общей устойчивости главной балки
Верхний сжатый пояс главной балки закреплен в горизонтальной плоскости балками настила расставленными с шагом 0609 м. В зоне действия максимального изгибающего момента допускается ограниченное развитие пластических деформаций следовательно для обеспечения общей устойчивости балки необходимо выполнение условия определяемого формулой:
– коэффициент равный 04
Условие выполнено общая устойчивость средней части балки обеспечена.
4 Проверка местной устойчивости составных балок. Расчет ребер
Местная устойчивость сжатого пояса обеспечивается надлежащим выбором отношения свеса пояса к его толщине.
Так как условная гибкость стенки балки:
Укрепляем стенку поперечными рёбрами жесткости. Ребра располагаем в местах опирания балок настила с шагом не более: .
В зоне развития пластичных деформаций поперечное ребро необходимо ставить под каждой балкой настила. Определяем ширину зоны пластических деформаций:
Так как требуется проверка местной устойчивости стенки.
Выполним проверку устойчивости стенки балки 1-ого отсека при и при .
Условие выполнено устойчивость стенки обеспечена.
Рисунок 2.2 – Схема расстановки ребер жесткости
Проверим устойчивость стенки балки во 1-ом отсеке. Так как в зоне а1 есть балка настила то сечение перемещается под нее следовательно
Определим значения изгибающего момента поперечной силы нормальных и касательных напряжений в расчетном сечении.
то и определим по формулам:
гдеc2 – коэффициент определяемый по [1 табл. 8].
гдеc1 – коэффициент определяемый по [1 табл. 6].
гдеd – меньшая из сторон отсека (a) см.
Проверим местную устойчивость стенки:
Устойчивость стенки отсека обеспечена.
Проверим устойчивость стенки балки во 2-ом отсеке. Так как в зоне а2 есть балка настила то сечение перемещается под нее следовательно
Определим размеры двусторонних поперечных ребер
Ширина ребра: мм принимаем 80 мм.
Толщина ребра: мм принимаем 6 мм. Окончательно принимаем ребро из полосы 6×80 мм.
5 Расчет опорной части
Опорная реакция главной балки . Примем .
Находим требуемую площадь опорного ребра:
Принимаем ребро 16×180 мм.
Проверяем устойчивость опорной части балки
Устойчивость ребра обеспечена.
Торцевое ребро привариваем сплошными швами ручной сваркой электродами Э50. Предварительно определим сечение по которому необходимо рассчитать угловой шов на срез (условный):
где кНсм2 кНсм2 [1 прил. 1];
Расчет следует проводить по металлу шва.
Определим катет шва:
Принимаем kf = 9 мм. Проверим выполнение конструктивных требований к сварным швам:
Проверим длину рабочей части сварного шва:
Прочность сварного шва обеспечена.
Центрально сжатые колонны
1 Подбор сечения сплошной колонны
Необходимо подобрать сечение сплошной центрально-сжатой колонны. Закрепление колонны – шарнирное сверху и снизу. На колонну сверху опираются главные балки входящие в состав балочной клетки. Отметка верха настила – 10 м.
На колонну передается нагрузка с двух главных балок. Определим продольно сжимающую силу:
гдеQmax – максимальная поперечная сила в главной балке
Расчетная схема представлена на рисунке 21. По прил. 5 [1] .
Расстояние между точками закрепления (отметками низа главной балки и обрезом фундамента) по формуле:
где – размер колонны ниже отметки пола
– отметка верха настила
– высота перекрытия включая высоту настила
Расчетные длинны колонн определим по формулам:
Задаемся гибкостью так как нагрузка от колонны составляет 2450 кН (N 3000 кН) то [1 прил. 7 тип кривой b]. Требуемую площадь сечения колонны определяем по формуле:
Компонуем сварное двутавровое сечение колонны:
Принимаем пояс и стенку с размерами .
Определим геометрические характеристики сечения:
Изменяем размеры стенки и пояса на .
Рисунок 3.1 – Сечение колонны
2 Расчет оголовка сплошной колонны
Расчетная нагрузка на оголовок колонны
Строганную опорную плиту толщиной привариваем к фрезерованному торцу стержня колонн угловыми швами с катетом 8 мм
[1 табл. П4.5]. Ширину опорных ребер принимаем не менее:
Рёбра и плита берутся из той же стали что и стержень колонны – С345 . Расчетная длина сминаемой поверхности ребер:
Толщина ребер оголовка:
Принимаем ребро из полосы сечением 190×16 мм
Ребра привариваем к стенке колонны угловыми швами электродами типа Э50 [1 табл. П4.1] с расчетным сопротивлением металла шва [1 П4.2].
Зададимся катетом сварного шва [1 табл. П4.5]:
Определяем высоту ребер оголовка:
Проверяем ограничения по длине фланговых швов:
Условие выполняется.
Проверка прочности ребра и стенки колонны:
Условие не выполняется принимаем .
Рисунок 3.2 – Оголовок колонны
Увеличиваем толщину стенки колонны принимаем
3 Расчет базы сплошной колонны
Необходимо рассчитать и сконструировать базу центрально-сжатой сплошной колонны при шарнирном сопряжении ее с фундаментом. Материал фундамента – бетон класса В125. Материал базы – сталь С345.
Расчетная нагрузка на базу колонны с учетом ее собственного веса:
Для бетона B125 – [1 табл. 12]. Примем φb = 12 и определим требуемую площадь плиты базы:
Принимаем базу с траверсами из листов толщиной .
Определяем ширину и длину плиты:
Окончательно назначаем размеры плиты 540×580 мм с площадью:
Принимая размеры верхнего обреза фундамента 560×600 мм уточним расчетное сопротивление бетона смятию и проверим прочность бетона фундамента:
Прочность бетона фундамента обеспечена.
Определение толщины плиты.
Так как опорная плита является листовой конструкцией изгибающие моменты на каждом участке плиты находим от погонной нагрузки собранной с полосы шириной 1 см.
Рисунок 3.3 – База колонны
Участок 1 – консольный. Вылет консоли .
Участок 2 – опертый на четыре стороны. Отношение большей стороны к меньшей
Участок 3 – опертый на три стороны. Отношение закрепленной стороны пластины к свободной Плита рассчитывается как консоль.
Определим требуемую толщину плиты:
Принимаем толщину плиты
Траверсы привариваем к колонне электродами типа Э50 [1 табл. П4.1]. С расчетным сопротивлением метала шва [1 табл.П4.2].
Определим сечение по которому необходимо рассчитать угловой шов на срез:
Зададимся катетом сварного шва [1 табл. 4.5]:
Определим высоту траверсы:
Проверим прочность траверсы на изгиб и срез. Погонная нагрузка на один лист траверсы Находим изгибающий момент поперечную силу в траверсе в месте ее прикрепления к колонне:
Определяем момент в среднем участке
Прочность траверсы на изгиб и срез проверим по формулам:
Прочность траверсы на изгиб и срез обеспечена.
Расчет сварных швов прикрепляющих траверсы к плите.
Требуемый катет швов крепления траверсы к плите находим по формуле:
Принимаем [1 табл. П4.5].
В курсовой работе в соответствии с заданием был разработан проект металлического балочного перекрытия рабочей площадки с размерами ячейки в плане метров и отметкой верха настила 10 метров.
Согласно перечню подлежащих разработке вопросов в курсовой работе были:
– выбрана экономически целесообразная схема балочной клетки с шагом балок настила 0609 м. Сопряжение балок с главной балкой – этажное;
– рассчитана и законструирована главная балка пролетом 14 м и размерами поперечного сечения 1300 х 420 мм;
– рассчитана и законструирована сплошная колонна высотой 9276 м и сечением 410 х 390 мм;
– разработана графическая часть на 1 листе формата А1.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Стальные балочные клетки производственных зданий: Учебное пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та 2011. 164с.
Расчет и проектирование стальных балочных клеток: Учебное пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та 2004. 140с.
ГОСТ 27772-88. Прокат для строительных конструкций. Общие технические условия Госстрой России.
ГОСТ 82-70. Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный. Сортамент Госстрой России.
СТО АСЧМ 20-93. Прокат стальной сортовой фасонного профиля. Двутавры горячекатанные с параллельными гранями полок. Технические условия.
СП 16.13330.2017. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23–81*.

КР 2D-КМ.dwg

Расчетная схема ригеля М1:250
КР по дисциплине "Металлические конструкции
Балочное перекрытие рабочей площадки
разрезы балочной клетки
отправочные элементы и узлы
таблица отправочных элементов
Монтажная схема площадки
Место изменения сечения
Спецификация металла
Отправочные элементы
Упругая прокладка Ст-3
Масса наплавленного металла 1%
Общий вес конструкций