• RU
  • icon На проверке: 7
Меню

МК Балочная клетка 45 х 22,5 м

Описание

Курсовой проект - МК Балочная клетка 45 х 22,5 м

Состав проекта

icon
icon ПЗ.docx
icon Чертеж к металлам.dwg

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon ПЗ.docx

Расчет главной балки8
Изменение сечения главной балки по длине12
Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки сварной балки14
Расчет поясных швов главной балки17
Расчет опорного ребра главной балки18
Проектирование сварного стыка главной балки20
Расчет центрально сжатой колонны21
Подбор сечения стержня колонны21
Расчет базы колонны24
Пролет главной балки рабочей площадки l = 15 м
Высота рабочей площадки h = 78 м
Высота верха настила H = 88 м
Шаг главных балок рабочей площадки a = 75 м
Временная нормативная нагрузка на рабочую площадку Рн = 175 кНм2
Бетон фундаментов: класс В15
Допускаемый относительный прогиб настила: 1150
Тип сечения колонны: сквозная
Листы стального настила крепятся к верхним полкам балок при помощи сварки. Толщину настила определяем исходя из предельного относительного прогиба [fl] = 1150. Поэтому настил рассчитывается по нормативным нагрузкам. При расчете настил ≤ 6мм принимать не рекомендуется. Нормативная полезная нагрузка Рn = 175кНм2 = =000175кНсм2. Коэффициент надежности по условиям работы - γс = 1 по нагрузке - γf = 12. Настил приварен электродами типа Э42 имеющими Rwf = =180МПа = 18кНсм2. Сталь настила – С235.
Расчетное сопротивление балок настила Ry = 230МПа = 23кНсм2
Расчет производим по двум вариантам балочной клетки с шагом балок а1 = 06 м и а2 = 1 м.
Рис.1. Балочная клетка с шагом 600 мм
Рис.2 Балочная клетка с шагом 1000 мм
Определим толщину стального настила t:
= 03 – коэффициент Пауссона
Е = 206·104кНсм2 – модуль упругости стали
Тогда значения толщины настила в зависимости от пролета:
- для 1 варианта t = a1148 = 601148 = 052 см принимаем 06 см.
- для 2 варианта t = a1148 = 1001148 = 087 см принимаем 09 см.
Рассматриваем 1 вариант настила при t = 06 см.
Собственный вес настила при = 7850 кгм3 t = 06 см:
gn = 7850 0006 = 471 кгм2 = 0471 кНм2
Нормативная нагрузка на балку настила:
Расчетная нагрузка на балку настила:
q = 102 (12 175 + 105 0471) 06 = 1315 кНм
γp = 12 γg = 105 – коэффициенты надежности.
Расчетный изгибающий момент (длина балки настила 75 м):
Требуемый момент сопротивления балки настила:
При условии Wx>Wтр по ГОСТ 8239-89 принимаем стальной горячекатанный двутавр № 27 с уклоном внутренних граней полок. Для него из сортамента выписываем: Wx = 371см3 Jх = 5010см4 gб.н = 0315кНм.
Проверяем прогиб принятой балки с учетом собственного веса:
qn1 = 1100 + 0315 = 11315кНм
Условие жесткости не выполнилось. Принимаем стальной горячекатанный двутавр № 33 с уклоном внутренних граней полок: Wx = 597см3 Jх = 9840см4 gб.н = 0422кНм.
Проверяем прогиб принятой балки с учетом собственного веса по формуле (7):
qn1 = 1100+ 0422 = 11422кНм
Следовательно принятая балка удовлетворяет условиям прочности и прогиба.
Вычислим общую массу настила и балок настила на одном пролете:
gобщ = 471 75 15 + 422 75 25 = 13211 кг
тогда расход металла на 1 м2:
Рассматриваем 2 вариант настила при t = 09 см.
Собственный вес настила при = 7850 кгм3 t = 09 см:
gn = 7850 0009 = 707 кгм2 = 0707 кНм2
qn = 102 (175 +0707) 1 = 186 кНм
q = 102 (12 175 + 105 0707) 1 = 222 кНм
γp = 12 γg = 105 – коэффициенты надежности.
Расчетный изгибающий момент по формуле (5):
Требуемый момент сопротивления балки настила по формуле (6):
При условии Wx>Wтр по ГОСТ 8239-89 принимаем стальной горячекатанный двутавр № 36 с уклоном внутренних граней полок. Для него из сортамента выписываем: Wx = 743см3 Jх = 13380см4 gб.н = 0486кНм.
qn2 = 186 + 0486 = 19086кНм
Вычислим общую массу настила и балок настила на одном пролете по формуле (9):
gобщ = 707 75 15 + 486 75 15 = 13421 кг
Вывод: 1 вариант является более экономичным по расходу металла. Принимаем балочную клетку с настилом толщиной 06 см и балками настила из стального горячекатаного двутавра № 33 с уклоном внутренних граней полок с шагом 06 метра.
Расчет главной балки
Условие Wx>Wтр не выполняется ни для одной прокатной балки даже если учитывать собственный вес при подсчете нагрузки на балку. Таким образом будем проектировать составное сечение главной балки.
Сечение будем подбирать двутаврового типа состоящего из трех листов: вертикального – стенки и двух горизонтальных – полок которые сваривают в заводских условиях автоматической сваркой.
Материал главной балки – сталь С235.
Расчетное сопротивление стали растяжению сжатию и изгибу Ry = 230МПа = 23кНсм2 (при толщине t = 21-40мм).
Расчетное сопротивление стали сдвигу Rs принимаем по СНиП II-23-83* таблица 1:
Строительная высота hcтр не ограничена.
Предельный прогиб [fl] = 1400 = 00025
Шаг главных балок В = 75 м
Пролет главной балки L = 15 м
Определяем нагрузку на главную балку и возникающие в ней усилия.
Нормативная нагрузка на главную балку:
qn = 102 (175 + 0471 + 0703) 75 = 1429 кНм
Расчетная нагрузка на главную балку:
q = 102(12175 + 1174105)75 = 17008 кНм
С учетом того что считаем балку шарнирно опертой а нагрузку от балок настила равнораспределенной расчетный изгибающий момент в середине пролета найдем по формуле:
Максимальное значение поперечной силы принимается на опорах и равняется:
Главную балку рассчитываем с учетом развития пластических деформаций. Требуемый момент сопротивления главной балки первоначально принимая с=11:
Определим оптимальную высоту hопт балки задавшись гибкостью стенки λcm = 140:
Из условия жесткости главной балки найдем величину минимальной высоты главной балки hmin:
Примем окончательное значение высоты балки кратное 100 мм т. е. h = 130 см.
Определяем минимальную толщину стенки из условия работы стенки:
– на касательные напряжения на опоре:
k = 15 при работе без учета поясов
– по опыту проектирования:
– из условия местной устойчивости чтобы не применять продольных ребер жесткости:
Принимаем толщину стенки tст = 12 мм
Принятая толщина стенки удовлетворяет условию прочности на действие касательных напряжений и не требует укрепления ее продольным ребром жесткости для обеспечения местной устойчивости.
Найдем размеры горизонтальных листов пояса исходя из необходимой несущей способности балки. Для этого вычислим требуемый момент инерции сечения балки:
Принимаем толщину поясов балки tf = 25 мм тогда высота стенки балки будет равной:
hw = 130 – 2 25 = 125 см
Момент инерции стенки балки:
Момент инерции приходящейся на поясные листы:
Рис. 3 Сечение главной балки
Момент инерции поясных листов балки относительно ее нейтральной оси пренебрегая моментом инерции поясов относительно их собственной оси ввиду его малости будет равен:
где hcf - расстояние между параллельными осями поясов балки
hcf = 130 – 25 = 1275 см.
Отсюда получаем требуемую площадь сечения поясов балки:
Находим требуемое значение ширины пояса балки:
Окончательно принимаем bf = 510 мм.
Принимаем пояса из универсальной стали 510х25 мм для которой bfh= =5101300 = 039 находится в пределах 02-05 обеспечивающих общую устойчивость.
Уточняем принятый ранее коэффициент учета пластической работы с исходя из:
Аf = 51 25 = 1275 cм2
Аw = 125 12 = 150 cм2
Принимаем с = 111 которое практически соответствует заданному с= 11.
Проверим отношение свеса сжатого пояса к его толщине из соображений местной устойчивости (по п.7.24 СНиП II-23-81*):
Принятое соотношение размеров пояса удовлетворяет условию его местной устойчивости.
Проверяем подобранное сечение балки на прочность. Момент инерции балки:
Определим момент сопротивления балки:
Проверим нормальные напряжения в балке по формуле:
Следовательно подобранное сечение удовлетворяет условию прочности и не имеет недонапряжений более 5%.
Проверку прогиба делать нет необходимости так как принятая высота сечения главной балки больше минимальной и регламентированный прогиб будет обеспечен.
Изменение сечения главной балки по длине
Принимаем место изменения сечения близкое к 16 пролета балки в целях экономии металла на расстоянии более 200 мм от балки настила.
Расчетный изгибающий момент в сечениях x = 25м.
Производим подбор измененного сечения по упругой стадии работы материала. Определим требуемый момент сопротивления и момент инерции измененного сечения исходя из прочности сварного стыкового шва работающего на растяжение:
Определим требуемый момент поясов учитывая то что момент инерции стенки остался тем же:
I1f = 883545 - 1953125 = 6882325 см4
Требуемая площадь сечения поясов балки:
Находим требуемое значение ширины пояса:
Окончательно принимаем b1.f = 340 мм.
Принимаем пояса из универсальной стали 340х25 мм. Принятый пояс удовлетворяет условиям:
Проверим на прочность подобранное сечение балки. Определим момент инерции балки:
Момент сопротивления балки:
Максимальное касательное напряжение в стенке на опоре балки:
где S – статический момент полусечения балки.
Тогда по формуле (50):
Проверим совместное действие нормальных и касательных напряжений на уровне поясного шва в месте изменения сечения балки:
Где S1 - cтатический момент пояса.
Тогда по формуле (54):
Проверим соотношение по формуле (52):
Следовательно подобранное сечение проходит по нормальному и касательному напряжениям в месте изменения сечения.
Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки сварной балки
Общую устойчивость балки не проверяем так как сжатый пояс балки раскреплен жестким настилом.
Рис. 4 Расстановка поперечных ребер жесткости главной балки
Проверка устойчивости сжатого пояса производится в месте возникновения максимальных нормальных напряжений – в середине пролета главной балки.
Поскольку f = 0333λuf = 0503 то можно считать что местная устойчивость сжатой полки балки обеспечена.
Проверка устойчивости стенки. Определим необходимость укрепления поперечными ребрами жесткости. Стенки балок следует укреплять поперечными ребрами жесткости если значение условной гибкости стенки балки превышает 32.
Следовательно поперечные ребра жесткости необходимы. Кроме того в зоне учета пластических деформаций необходима постановка ребер жесткости под каждой балкой настила так как местные напряжения в стенке в этой зоне недопустимы.
Определим длину зоны использования пластических деформаций в стенке:
Т. е. по 18835 мм с каждой стороны от оси симметрии.
Принимаем расстановку вертикальных парных ребер жесткости в местах закрепления вспомогательных балок в зоне пластических деформаций – под каждой балкой в остальной зоне с шагом а = 240см. Это расстояние удовлетворяет условию а = 240 см 2hcf = 21275 = 255 см т. к. .
Так как w=348>32 то проверка устойчивости стенок обязательна. Устойчивость стенки проверяем под ближайшей балкой настила возле места изменения сечения на расстоянии х = 27 м.
Действующие напряжения:
Проверим местные напряжения в стенке под балками настила:
где F – расчетные значения опорных реакций балок настила
lloc – длина передачи нагрузки на стенку главной балки
bб.н. – ширина полки балки настила
tf – толщина полки главной балки.
Тогда по формуле (62):
Определяем степень упругости защемления стенки в поясах:
= 08 – для всех балок кроме подкрановых
Поэтому расчет на местную устойчивость стенки будем проводить по п. 7.6.в СНиПа II-23-81*.
Критические нормальные напряжения:
Определяем loccr подставляя вместо а значение а2:
Критическое касательное напряжение:
Проверка показала что устойчивость стенки обеспечена.
Расчет поясных швов главной балки
Так как балка работает с учетом пластических деформаций то швы выполняем двухсторонние автоматической сваркой в лодочку сварной проволокой Св-08А.
Определяем толщину шва в сечении у опоры.
Rwf = 180МПа = 18кНсм2 – для металла шва
Rwz = 167МПа = 167кНсм2 – для металла границы сплавления
Коэффициенты для выбранного типа сварки для расчета углового шва:
f = 11 – по металлу шва
z = 115 – по металлу границы сплавления
Определяем опасное сечение шва:
Опасным сечением оказалась граница сплавления.
Для пояса толщиной 25 мм принимаем катет шва равный минимальному kf = 8 мм что больше получившегося по расчету – 20 мм.
Расчет опорного ребра главной балки
Размеры опорных ребер определим из расчета на смятие торца ребра:
Требуемая площадь опорного ребра:
Уже принятая ширина пояса b1f = 34 см тогда толщину ребра определим как:
Принимаем окончательно tp = 12 мм тогда:
Сечение подобранного торца балки проходит проверку на смятие по формуле (74):
Проверим опорный участок балки на устойчивость из плоскости балки как условно опорного стержня включающего в площадь своего сечения опорные ребра и часть стенки балки шириной bw:
Площадь расчетного сечения опорной части балки:
А = 408 + 233·12 = 6876 см2
Момент инерции сечения относительно оси z:
Радиус инерции сечения:
Условие устойчивости можно записать в виде:
где φ = 0972 – коэффициент продольного изгиба балки найденный методом интерполяции (по табл. 72 СНиПа II-23-81*).
то есть принятая опорная стойка главной балки устойчива.
Рассчитаем прикрепление опорного ребра к стенке балки двухсторонними швами с помощью полуавтоматической сварки проволокой Св-08А при вертикальном расположении шва.
Расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу шва:
где γwm = 125 – коэффициент надежности по материалу шва.
Расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу границы сплавления:
Коэффициенты для расчета углового шва:
f = 09 – по металлу шва
z – 105 – по металлу границы сплавления
Расчетным является сечение по металлу шва.
Определим катет сварных швов:
Принимаем kf = 8 мм.
Проверяем длину рабочей части шва:
lw = 085·09·08 = 612 125см
Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами.
Проектирование сварного стыка главной балки
На монтаже сжатый пояс и стенку всегда соединяют прямым швом встык а растянутый пояс – косым швом под углом 60° так как при монтаже автоматическая сварка и повышенные способы контроля затруднены. Такой стык будет равнопрочен основному сечению балки и поэтому не рассчитывается.
Чтобы уменьшить сварочные напряжения сначала сваривают поперечные стыковые швы стенки 1 и поясов 2 и 3 имеющие наибольшую поперечную усадку. Оставленные не заваренными на заводе участки поясных швов длиной около 500 мм дают возможность поясным листам несколько вытянуться при усадке швов 2 и 3. Последними заваривают угловые швы 4 и 5 имеющие небольшую продольную усадку.
Рис. 5 Сварной стык главной балки
Расчет центрально сжатой колонны
В качестве расчетной схемы выберем колонну шарнирно закрепленную с двух сторон. Найдем фактическую длину колонны при высоте фундамента 500 мм:
Опорная реакция в главной балке равна Q = 12756 кН тогда продольная сила в колонне равна:
Подбор сечения стержня колонны
Задаемся φ = 09 тогда:
Принимаем 2 швеллера №40 для которых А = 2·615 = 123 см2 ix = 157 см.
Материал колонны – сталь С255 для t до 20 мм расчетное сопротивление растяжению сжатию и изгибу по пределу текучести Ry = 25 кНсм2.
Расчет относительно материальной оси. Вычисляем гибкость:
По интерполяции находим φх = 0852 и проверяем условие:
Недонапряжение составит (25 - 2434)25 · 100% = 264% 5%.
Устойчивость обеспечена.
Расчет относительно свободной оси. Задаемся λ1 = 30 тогда:
Приближенное расстояние между швеллерами:
Принимаем b = 395 см. Расстояние между наружными гранями стенок швеллеров будет:
Вычисляем характеристики назначенного сечения:
Назначаем ширину планок:
Расстояние между планками на свету:
Условная поперечная сила:
Внутренние усилия в планке:
Проверим прочность сварных швов прикрепляющих планку к ветвям. Задаемся катетом швов kf=8 мм = 08 см сварка полуавтоматическая f =09. Для стали С255 Rwf = 1804 кНсм2. Вычисляем характеристики шва:
Определяем напряжения в шве:
Прочность сварных швов:
Прочность сварных швов обеспечена.
Собственная масса колонны:
где qветви – масса 1 п.м. швеллера №40;
– коэффициент учитывающий массу планок оголовка и базы.
Полная продольная сила в колонне на уровне обреза фундамента:
Расчет плиты. Требуемая площадь плиты в плане:
Задаемся с = 10 см; tt = 1 см тогда размер плиты Вp = 62 см а размер :
Принимаем Lp = 60 см тогда b2 = 75 см.
Напряжение в бетоне фундамента будет:
Определим изгибающие моменты на участках плиты:
По максимальному моменту М = 672 кНсм определяем толщину плиты:
Принимаем tp = 40 мм.
Высоту траверсы определим задавшись катетом сварных швов kf = 8 мм:
Принимаем ht =500 мм.
Расчетный катет швов прикрепляющих траверсы и ветви к плите
Назначаем kf = 8 мм.
Проверим траверсу на изгиб. Погонная нагрузка на траверсу:
Рассчитаем максимальный изгибающий момент:
Момент сопротивления сечения траверсы:
Т.е. прочность обеспечена.
Толщина плиты оголовка назначается без расчета в пределах t = 20 25 мм. Принимаем плиту оголовка 25 мм.
Высоту диафрагмы определим задавшись катетом сварных швов 8 мм:
Принимаем hh =500 мм.
Толщину диафрагмы определим по формуле:
назначаем th = 20 мм.
Проверим прочность диафрагмы на срез:
Прочность обеспечена.
Кудишин Ю.И. Металлические конструкции. 2007.
Металлические конструкции. Под ред. Г. С. Веденикова. М. 1998.
СП 16.13330.2011 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81* (с Изменением N 1).
СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия.
Справочник проектировщика. Металлические конструкции. Кузнецов В.В. и коллектив. М. изд-во АСВ 1998.
СП 294.1325800.2017 Конструкции стальные. Правила проектирования (с Изменением N 1).
ГОСТ Р 57837-2017 Двутавры стальные горячекатаные.
ГОСТ 8240-97 Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент (с Изменением N 1).
РАСЧЕТ ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫХ СКВОЗНЫХ КОЛОНН. методические указания к курсовой работе по металлическим конструкциям В.М. Путилин Н.В. Капырин. – Липецк: Изд-во ЛГТУ 2012. - 21 с.

icon Чертеж к металлам.dwg

Чертеж к металлам.dwg
Область пластических деформаций
Примечание: 1. На монтажной схеме балки Б3 условно показаны только в одном пролете. 2. Материал конструкций: а) балки настила - сталь класса С235 по ГОСТ 26020-83; б) главные балки - сталь класса С235 по ГОСТ 26020-83; в) колонны - сталь класса С255 по ГОСТ 26020-83. 3. Поясные швы отправочных марок Б1 и К1 выполнять автоматической сваркой. Прочие заводские - полуавтоматической. 4. Сварку выполнять по ГОСТ 5264-80* электродами типа Э42 ГОСТ 9467-75* 5. Болты нормальной точности М24
соединяемые поверхности очистить газопламенным способом. 6. Высокопрочные болты М24 из стали марки "Селект" ГОСТ 7798-70
отверстия 27 сверлить. 7. Концы всех стыковых швов выводить на временные подкладки. 8. Связи крепить на монтажной сварке. 9. Все конструкции покрыть масляной краской за 2 раза.
Сперцификация металла по ГОСТ 26020-83
Таблица отправочных марок
Металлические конструкции

Свободное скачивание на сегодня

Обновление через: 12 часов 35 минут
up Наверх