Балочная клетка

МКИС.docx

Министерство образования и науки РФ
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра металлических конструкций
и испытания сооружений
Курсовой проект на тему:
Компоновка балочной клетки5
Расчет несущего настила5
Крепление стального настила к балкам настила6
1. Расчет балок настила7
2.Расчет главных балок10
Расчет и конструирование узлов главной балки12
1.Конструирование опорного узла главной балки12
2.Расчет узла сопряжения балок13
1. Расчет стержня сплошной колонны16
2. Расчет базы колонны17
3. Конструирование оголовка колонны20
Оформление графической части курсовой работы22
Разработка проекта балочной клетки имеет своей целью закрепить теоретические знания по соответствующему разделу курса и дать необходимые навыки в расчете и конструировании металлических конструкций.
По характеру рассматриваемых и решаемых задач курсовая работа разделена на две основные части: расчетную и графическую. В расчетной части выбирается вариант балочной клетки выполняются расчеты настила балок настила главных балок колонн деталей узлов.
В графической части составляются чертежи балочной клетки в стадии КМ и КМД. В этой части разрабатываются: монтажная схема балочной клетки с маркировкой всех элементов чертежи отправочных марок главной и вспомогательной балок колонны а так же узлов сопряжения конструкций. Составляется спецификация стали и таблица отправочных марок.
Исходные данные задания на проектирование определяются по табл. 1 и табл. 2 МУ «Балочная клетка» по первым буквам фамилии имени и отчеству по последней и предпоследней цифрам номера зачетной книжки согласно.
Продольный шаг колонн L=124м;
Поперечный шаг колонн
Нормативная полезная нагрузка =600 кг;
Толщина настила =39 мм;
Высота колонн = 42м;
Компоновка балочной клетки
Компоновкой называют предварительное назначение некоторых параметров не заданных в задании но необходимых при дальнейших расчетах и конструировании. По заданию предлагается использовать нормальный тип балочной клетки (существуют упрощенный нормальный и усложненные типы балочных клеток).
При компоновке балочной клетки в исходных данных не заданы шаг балок настила их количество и положение относительно колонн. При назначении этих параметров рассматривается одна ячейка (участок между смежными продольными и поперечными осями) представленная на рис. 1.
Рис.1. Компоновка нормального тип балочной клетки
Расчет несущего настила
Вычисляем максимальный пролет настила по условию его жесткости по выражению (1)
Где – пролет настила; – толщина настила;
– модуль упругости стали при цилиндрическом изгибе;
– нормативная длительная нагрузка на настил которая равняется полезной нагрузке по заданию.
При наших условиях допускаемый пролет настила будет равен
Между величинами продольный шаг колонн (L) количество балок настила (n) и шаг балок настила (а) имеется взаимосвязь а именно
По этой зависимости можем вычислить максимальный и минимальный шаг балок. Наибольшее число балок может быть 124м06м = 1933 т.е. не более 19 а меньшее 116м16м = 725 т.е. не менее 8. Так как число балок настила должно быть целым числом можно составить следующую таблицу возможных пар ( число балок настила и шага балок настила) при продольном шаге колонн L=116 м.
Окончательно выбираем число балок настила n=10 и балок настила а= 124м.
Крепление стального настила к балкам настила
При работе под нагрузкой стальной лист настила будет испытывать растяжение. Так как растягивающее усилие в стальном настиле по которому необходимо рассчитать сварные швы крепления его к балкам настила малы катет сварного шва может быть назначен по конструктивным требованиям. Основное конструктивное требование – обеспечение свариваемости соединяемых элементов т.е. при выполнении сварного шва наиболее толстый элемент должен быть достаточно прогрет при наплавлении сварного шва при этом наиболее тонкий элемент не был бы прожжен. Для назначения такого катета необходимо воспользоваться пунктом 14.1.7 и таблицей 38 СП 16.13330.2011 Стальные конструкции. При выполнении сварного шва соединения стального настила с балкой настила следует использовать вид соединения ручной т.к. использовать автомат или полуавтомат при выполнении в построечных условиях достаточно сложно.
Рис.2. Работа стального настила
В балочной клетке нормального типа присутствуют два вида балок балки настила и главные балки. В рассматриваемом курсовом проекте для обоих видов балок рекомендуется использовать стальные прокатные двутавры по ГОСТ 26020-83 нормальной серии (обозначение Б) или по ГОСТ 8239-89. Последовательность расчета (подбора и проверок) т.е. алгоритм для балок настила и для главных балок соответствует расчету изгибаемого элемента. Различие будет заключаться только в величинах нагрузок и пролетов этих элементов.
1. Расчет балок настила
Расчет балок начинают с определения нагрузок. Для определения действующих нагрузок на балку необходимо знать нагрузку распределенную на квадратный метр и используя понятие «грузовая площадь» вычислить погонную нагрузку т.е. нагрузку распределенную по длине балки (см. рис. 3). Ширина грузовой площади т.е. участка с которого собирается нагрузка на конкретную балку определяется расстоянием между соседними по отношению к рассматриваемой балке. Ширина грузовой площадки равна половине расстояния до левой соседней балки плюс половине расстояния до правой соседней балки. При равенстве расстояний между балками (как в нашем случае) ширина грузовой площадки будет равна шагу балок.
Таким образом погонная нормативная нагрузка на балку настила определяется по формуле:
Расчетная погонная нагрузка на балку настила определяется по формуле:
где – коэффициенты надежности по нагрузкам;
– нормативная полезная нагрузка;
- шаг балок настила;
- нормативная нагрузка от веса настила
Рис. 3. К определению нагрузок на балки
По расчетной нагрузке определяем изгибающий момент и поперечную силу:
где l – пролет балок настила
Находим требуемый момент сопротивления для балок из высокопрочных сталей по формуле:
Где – расчетное сопротивление стали по пределу текучести.
По сортаменту прокатных профилей находим номер профиля с моментом сопротивления равным или больше требуемого. В данном случае подходит двутавр №18Б2 со следующими параметрами:
Прочность подобранного сечения балки из высокопрочной стали проверяем по формулам:
Где – момент сопротивления сечения нетто.
Проверка деформативности (жесткости) балок по формуле:
где [f] – предельный прогиб.
2.Расчет главных балок
Для главных балок рекомендуется использовать прокатные двутавры с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83 (серии Б или Ш). Расчетной схемой главной балки (как и для балки настила) является разрезная балка с шарнирами на опорах нагруженная равномерно распределенной нагрузкой.
Нормативная погонная нагрузка на балку:
здесь – вес 1 погонного м балки настила определяемый по сортаменту (линейная плотность)
a – шаг балок настила
- нормативная нагрузка от веса настила.
Расчетный изгибающий момент в середине балки определяется по формуле:
Расчетная поперечная сила на опоре:
Главную балку проектируют и рассчитывают аналогично балкам настила.
Подбор сечения начинается с определения требуемого момента сопротивления по формуле:
По сортаменту прокатных профилей подбираем двутавр №70Б2:
Прочность подобранного сечения балок по изгибающему моменту (по нормальным напряжениям) проверяется по формуле:
Проверку прочности главной балки по поперечной силе (по касательным напряжениям) проводят для опорного сечения (там максимальная поперечная сила Q) по формуле:
где S – статический момент Q – перерезывающая сила в расчетном сечении I – момент инерции tw – толщина стенки балки Rs – расчетное сопротивление стали на срез.
Делается проверка деформативности (жесткости) балок по формуле:
где [f] – предельный прогиб
Расчет и конструирование узлов главной балки
1.Конструирование опорного узла главной балки
По конструктивным соображениям назначается толщина опорного ребра. Она должна быть не менее толщины стенки не менее 10 мм и принята по сортаменту на листовую сталь универсальную по ГОСТ 82-70. Ширина ребра конструктивно назначается равной ширине полки двутавра принятого для главной балки.
Рис. 4. Опорный узел главных балок
Толщина сварных швов (величина катета сварных швов) прикрепляющих опорное ребро к стенке балки вычисляется условию обеспечения прочности в сечении по металлу сварного шва.
И в сечении по металлу границы сплавления
Где – коэффициенты учитывающие глубину проплавления шва (при ручной сварке );
– длина сварных швов равная двойной высоте стенки двутавра (сварные швы прикрепляют ребро к стенке по обеим ее сторонам)
- расчетные сопротивления угловых сварных швов
По конструктивным требованиям назначаем толщину шва
Она должна соответствовать конструктивным требованиям (п.14.1.7 СП16.13330.2011).
2.Расчет узла сопряжения балок
Конструктивно узел сопряжения балок (соединение балки настила с главной балкой) принимается по схеме «сопряжения в одном уровне» т.е. балка настила не выступает за габариты главной балки (см. рис. 5). В сопряжениях балок в одном уровне обычно стенки балок крепятся к ребрам главной балки на болтах нормальной точности. Болтовое соединение рассчитывается на сдвиг от действия опорной реакции балки увеличенной на 20%.
Расчет сопряжения ведется в следующей последовательности:
Выбираем диаметр болта d= 20мм. Класс точности В класс прочности 8.8 ГОСТ 7798-70*.
Определяется несущая способность болта по условию работы его на срез:
и по условию на смятие стали сопрягаемых элементов:
Где d – диаметр болта; t – наименьшая из толщин стенки балки настила или опорного ребра; и – расчетные сопротивления болтовых соединений; – коэффициент условий работы.
Рис.5. Сопряжение балок в одном уровне
Определяем требуемое количество болтов:
Где – опорная реакция балки настила.
По конструктивным соображениям назначаем количество болтов n=2 шт.
Колонны рабочей площадки работают на центральное сжатие. Высота колонны l =hк принимается равной расстоянию от низа главной балки перекрытия до верха фундамента (рис. 6).
Расчетная длина колонны определяется в зависимости от конструктивного решения сопряжения ее с вышележащими балками и фундаментом:
– коэффициент расчетной длины равный 1 при шарнирном сопряжении.
Нагрузкой действующей на колонну являются опорные реакции балок и собственный вес колонны (вес колонны в расчете можно не учитывать):
где Q – опорная реакция главной балки от расчетных нагрузок.
Колонна проектируется сплошного сечения из прокатных двутавров с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83 (колонная серия – с обозначением К).
Центрально сжатые колонны рассчитываются на устойчивость в плоскости наибольшей гибкости. Гибкости колонн определяются следующим образом:
Где – радиусы инерции сечения колонны относительно главных осей x-x и y-y.
Рис.6.Конструктивное решение колонны
1. Расчет стержня сплошной колонны
Предварительно задаемся величиной гибкости стержня условная гибкость
тогда соответствующий ей коэффициент продольного изгиба
Определяем требуемую площадь сечения стержня колонны по формуле:
Из сортамента прокатных двутавров подбираем профиль с площадью сечения несколько большим чем вычисленная требуемая площадь сечения
Выбираем двутавр № 20К1:
Определим фактические гибкости стержня:
По максимальной гибкости находим минимальный коэффициент продольного изгиба и проверяем принятое сечение на устойчивость по формуле:
Максимальная гибкость не должна превышать предельную
2. Расчет базы колонны
Конструктивное решение базы должно обеспечивать принятый в расчетной схеме колонны тип сопряжения ее с фундаментом (рис. 7). Шарнирное сопряжение колонны с фундаментом обеспечивается податливостью узла за счет гибкости плиты которая прикрепляется к фундаменту анкерными болтами (обычно двумя). Диаметр их принимается конструктивно 20–30 мм. В проекте рекомендуется принять базу колонны с фрезерованным торцом стержня. В этом случае база состоит из опорной плиты которая служит для равномерного распределения усилия от колонны по бетону фундамента и обеспечивает прочность бетона фундамента на сжатие. Сама опорная плита работает на изгиб от действия равномерно распределенной нагрузки q – реактивного давления фундамента.
Расчет опорной плиты заключается в определении ее размеров в плане и толщины.
Определяем расчетное сопротивление материала фундамента осевому сжатию при классе бетона фундамента В 10 и ;
Если база колонны рассчитывается до проектирования то принимается
Опорная плита принимается квадратной со стороной В:
Где N- усилие в колонне – расчетное сопротивление бетона фундамента осевому сжатию. По конструктивным соображениям возьмем В=300 мм.
Определим реактивное давление фундамента по формуле:
Изгибающий момент для плиты вычисляется по формуле:
Где и –площади трапеций заштрихованные на рисунке
- расстояние от центра тяжести трапеций до края колонны.
Необходимо рассмотреть оба направления изгиба опорной плиты (рис 7).
Рис.7. Базы колонн с фрезерованными концами
Рассчитывается требуемая толщина опорной плиты из условия прочности по нормальным напряжениям при изгибе по двум направлениям:
Учитываем конструктивные требования:
- по коррозионному износу не менее 15 мм;
- по сортаменту на листовую сталь по ГОСТ 82-70 (толщины проката 15мм нет есть только 14мм 16мм 18мм и т.д.
Окончательно принимаем толщину опорной плиты t=16мм.
В результате опорная плита базы колонны назначается размерами 300х300х16мм.
3. Конструирование оголовка колонны
Расчет оголовка выполняется в следующем порядке:
Назначаются размеры опорной плиты оголовка по конструктивным требованиям из условия размещения сварных швов соединения плиты со стрежнем колонны: 300х300х16мм.
Выполним проверку прочности на смятие торцевой поверхности стенки двутавра колонны по формуле:
Где b – расчетная ширина смятия принимается наименьшей из значений высоты стенки двутавра или ширины торцевого ребра главной балки – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности – коэффициент условия работы – толщина стенки двутавра колонны – расчетное усилие в стержне колонны.
Так как прочность на смятие не обеспечивается под опорной плитой вырезается участок стенки двутавра (150÷250мм) и на это место вваривается лист толщиной 40мм обеспечивающий прочность на смятие расчетом по формуле 33.
Рис. 8. Оголовок колонны с усиленной стенкой при не выполнении условия прочности ее на смятие
Оформление графической части курсовой работы
Графическая часть курсовой работы включает чертежи КМ (конструкции металлические) и КМД (конструкции металлические деталировочные). Чертежи оформляются на одном листе формата А3.
Чертежи КМ включают: схему элементов балочной клетки (план продольные и поперечные разрезы) и основные монтажные узлы. На схеме должны быть показаны оси отметки пролеты маркировка элементов и узлов. Отправочные элементы на схемах показывают одной сплошной линией. Каждая линия обозначает отдельную отправочную единицу поэтому в монтажных узлах линии не должны пересекаться. Схема дополняется ведомостью отправочных элементов.
Чертежи КМД включают деталировочные чертежи главной балки балки настила и колонны. Чертежи КМД сопровождаются спецификацией металла на отправочные марки.
Чертежи сопровождаются примечаниями в которых даются необходимые пояснения по материалу электродам болтам сварным швам антикоррозионной защите и т.д.
При выполнении чертежей и оформлении пояснительной записки необходимо руководствоваться ЕСКД.
Список использованной литературы
ГОСТ Р 54257-2010 «Надежность строительных конструкций и оснований». Основные положения и требования. М. Стандартинформ. 2011г.
СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*. М. Стандартинформ. 2011г.
СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*». М. Стандартинформ. 2011г.
Металлические конструкции. Учебник. Под ред. Ю.И. Кудишина. - М.: И.Ц. «Академия» 2007. 688 с.
Стальные конструкции. Справочник конструктора. Под ред. Мельникова Н.П. М.: Стройиздат 1976.
Справочник проектировщика. Под ред. Кузнецова В.В. М.: Стройиздат 1998.
Временная инструкция о составе и оформлении рабочих чертежей зданий и сооружений. Раздел 5. Конструкции металлические. Чертежи КМ СН 460–74. М.: Стройиздат 1978.
Абаринов А.А. Составление деталировочных чертежей металлических конструкций. М.: Стройиздат 1978.
Стандарт предприятия. Дипломные и курсовые проекты. Требования к оформлению пояснительной записки и чертежей. СТП. КИСИ 5–04–90. Казань 1990.
Методические указания к практическим занятиям по курсу «Металлические и деревянные конструкции» для студентов направления «Строительство» профилей «Экспертиза и управление недвижимостью» 270809.62 и «Городское хозяйство и строительство» 270803.62. Часть I «Металлические конструкции». Казань 2014.

МК.dwg

Материал настила и балок сталь С245 ГОСТ 27772. 2.Все отверстия диаметром 21мм
все болты М20 нормальной точности
класс 8.8 ГОСТ Р52627 3.Монтажные швы варить ручной электродуговой сваркой ГОСТ 5264-80
электроды Э42 ГОСТ 9467 4.Материал колонны сталь С245 27772. 5.Настил выполнить из листа t=3.9мм. 6.Вес настила в спецификациях не учтен. 7.Балки настила условно показаны только в осях 2-3Б-В. 8.У балокребра только с одной стороны.
Проектирование стальных конструкций
Ведомость отправочных элементов схемы
Спецификация на отправочный элемент