Балочное перекрытие рабочей площадки. Усложненная балочная клетка

МК КУРСАЧ.doc

Задание на проектирование:1
Выбор типа балочной клетки.3
1. Расчет плоского стального настила.3
2. Компоновочные варианты балочной клетки4
2.4 Выбор наиболее экономичного варианта балочной клетки.11
Расчет главной балки.12
1.2 Определение нагрузок и расчетных усилий12
1.4 Подбор сечения главной балки и его компоновка.13
1.5 Проверка прочности по нормальным напряжениям.15
2. Изменение сечения балки по длине.16
4. Проверка местной устойчивости поясов и стенки.18
5. Расчет соединения поясов со стенкой балки.20
6. Расчет опорного ребра.21
7. Конструкция и расчет монтажного сварного стыка балки.22
8. Расчет и конструирование сопряжений балок.23
Расчет центрально сжатой колонны.24
1. Общая характеристика.24
2. Подбор сечения и проверка устойчивости.24
5. Расчет и конструирование базы колонны.26
6. Расчет и конструирование оголовка колонны.28
Задание на проектирование:
Задание выдается на основании указаний руководителя проекта и номера личной зачетной книжки.
Номер зачетной книжки: 06052
Шифр курсового проекта:852
На основании этих цифр из [8] выбираем следующие значения:
Размеры рабочей площадки в плане: l x в = 11.0 х 5.2 м.
Временная нормативная нагрузка: рн =25 кН м
Отметка верха настила балочной клетки: h2 = 7.2 м 7.5 м колонна сплошная.
Материалы конструкций:
- главная балка и колонна сталь – С235
- вспомогательная балка и стальной настил сталь – С235
- фундамент бетон В12.5
Тип сопряжения главных балок с колоннами: примыкание сбоку
Строительная высота главной балки: hстр = l 8 = 11 8 = 1.375 м
Данная пояснительная записка разработана в соответствии с методическими указаниями под № 423. Суть её в следующем.
Выполнение курсового проекта начинается с выбора экономического варианта балочной клетки на основе вариантного проектирования. Для курсового проектирования критерием оптимальности является расход стали.
Правильной последовательностью расчета конструкций балочной клетки является та по которой происходит передача нагрузки перекрытия до основания.
Временная нагрузка на балочную клетку принимается равномерно распределенной по всей площади. При этом все одноименные конструкции находятся в одинаковых условиях загружения поэтому расчет их сводится к расчету отдельной конструкции. При определении нагрузок на конструкцию целесообразно использовать грузовые площади.
Выбор типа балочной клетки
1. Расчет плоского стального настила
Для определения расхода материала в первую очередь необходимо выполнить подбор сечения стального настила. Рассмотрим для этого полосу шириной 1м вырезанную из средней части настила (рис. 1а).
Рис.1 К расчету листового настила
Отношение пролета к толщине листа определяем из условия жестокости:
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 = 1000мм.
Рис. 2. К расчету балочной клетки нормального типа
а) подбор толщины настила:
принимаем tн = 11 мм
По ГОСТ 82-70* выбираем толщину листа 11 мм.
б) подбор сечения балок настила:
- Погонная нормативная нагрузка
- Погонная расчетная нагрузка
где 0.01- переходной коэффициент от кг в кН
γfp=1.2 ; γfg =1.05 – коэф.надежности по нагрузке
Расчетный изгибающий момент : кН·м
Требуемый момент сопротивления сечения балки определяется по предельному состоянию из условия прочности балки:
где Ry = 23 кНcм2 – расчетное сопротивление листовой прокатной стали С235
С1 = 11 – коэффициент учета развития пластических деформаций для прокатной стали
γс = 1– коэффициент условий работы
В соответствии со значением Wтр из сортамента по ГОСТ 8239-72* выбираем ближайший двутавр для которого Wx >Wтр :
№ профиля 30Б1 :J W m1= 32.9 кгм
в) проверка прочности и жесткости балок настила:
Для проверки прочности принятых балок настила определяем фактическую нагрузку и максимальный момент с учетом собственного веса балки:
Процент недонапряженности:
Находим минимальную высоту балки из условия жесткости:
Требуемая минимальная высота балки меньше чем полученная по расчету – значит проверка жесткости не требуется.
Расход стали от балок настила на 1 м2 площади: кгм2
Общий расход стали: кгм²
2.2. Балочная клетка нормального типа. Вариант 2
Шаг балок назначают из условия кратности. Примем а = 1100мм.
Рис. 3. К расчету балочной клетки нормального типа
принимаем tн = 12 мм
По ГОСТ 82-70* выбираем универсальный лист толщиной 12 мм.
-Погонная нормативная нагрузка
-Погонная расчетная нагрузка
np=1.2 ; ng=1.05 – коэф.надежности по нагрузке
где Ry = 23 кНcм2 – расчетное сопротивление листовойпрокатной стали ВСт3кп2-1
С1 = 1.1 – коэффициент учета развития пластических деформаций для прокатной стали
№ профиля 30Б2 : J W m1= 366 кгм
Для проверки прочности принятых балок настила определяем фактическую нагрузку и
максимальный момент с учетом собственного веса балки:
Требуемая минимальная высота балки равна полученной по расчету – значит проверка жесткости не требуется.
Общий расход стали:кгм²
Требуемый момент сопротивления сечения балки определяем по первому предельному состоянию из условия прочности балки :
где Ry – расчетное сопротивление фасонной прокатной стали равное для С235 – 23 кНсм2 ;
- коэффициент условий работы:
В соответствии со значением Wтр из сортамента по ГОСТ 8239-89 выбираем ближайший
двутавр для которого Wx ³ Wтр :
№ профиля 50Б1 I W m3=73кг; b =200 мм
1.4. Подбор сечения главной балки и его компоновка.
Рациональная форма поперечного сечения главной балки – двутавр с двумя осями симметрии т.к. обеспечивает хорошие прочностные качества при относительной экономии металла.
Расчетные характеристики
Рис. 7. Сечение главной балки
а) определяем требуемый момент сопротивления сечения:
б) определяем оптимальную высоту балки по эмпирической формуле:
в) определяем минимальную требуемую высоту сечения:
г) принимаем в первом приближении высоту балки из условия:
д) 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
где λ = 124 (по таб.2 [6] )
На основании вышеприведенных расчетов по ГОСТ 19903-74* назначаем толщину стенки: tw= 10мм
е) -уточняем оптимальную высоту балки по формуле:
Так как в балках оптимальной высотой менее 2м масса стенки равна суммарной массе поясов т.е. площадь сечения стенки равна суммарной площади поясных листов то отступление от оптимальной высоты полученной по расчету до 20% вполне допустимо т.к. вызывает перерасход стали не более 5%. Поэтому примем окончательную высоту балки равной 110см.
-вычисляем высоту стенки:
hw = h –2tf = 110-2·2 = 106 см
ж) определяем требуемую площадь сечения поясов:
bf =Aтр tf=76912=3846 см
По ГОСТ 82-70* принимаем окончательные размеры поясных листов:tf = 20 мм
1.5 Проверка прочности по нормальным напряжениям.
Вычислим фактические геометрические характеристики принятого сечения главной балки:
m = (2bf tf + 1.2hw tw)·1·7850 = (2·04·002+1.2·001·106)·1·7850 = 22545 кгм
Расчетные усилия в балке с учетом собственного веса:
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 Z = l6=183м 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 = 20 см >h 10 = 110 10 = 11 см
b’f = 20 см =bf 2 = 40 2 = 20см
Принимаем b’f = 20 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 (рис.9).
При отсутствии в верхнем поясе местной нагрузки прочность проверяем следующим образом:
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 поясов 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 (согласно [2] стр.33) если имеет место:
bef = (bf - tw)·0.5 = (40-1)·2 = 19.5 см
б) местная устойчивость стенки балки обеспечивается если условная гибкость стенки (согласно [2] стр.26) не превышает:
Так как 35 λw =3.54 6 то стенку необходимо укрепить поперечными ребрами.
Рис.10. Схема балок укрепленных ребрами жесткости
Поскольку ребра жесткости делят стенку главной балки на отсеки которые могут потерять местную устойчивость независимо один от другого то устойчивость стенки на уровне поясных швов при местных напряжениях равных нулю проверяем по формуле:
Рис.11. Места для определения М Q W
Рассмотрим напряжения во 2-м отсеке на расстоянии
zc=с2+hw2=1.375+0.53= 1.905 м
Критические напряжения в отсеке:
d = hw = 106 см = 1.29
Определяем ширину и толщину ребер жесткости:
смпринимаемtp = 6 мм
Ребра жесткости приваривают к стенке главной балки односторонними швами принимаемКf = 5мм
Т.к. главная балка рассчитана с учетом развития пластических деформаций значит в средней части балки длиной 0.3L ребра ставим под каждую балку настила.
5. Расчет соединения поясов со стенкой балки.
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.
Катет шва определяется из двух условий:
)из условия среза по металлу шва: см
Рис.12. К расчету поясных швов
)из условия среза по границе шва: см
Исходя из этого и (согласно СНиП) назначаем катет шва равным Кf = 6 мм.
6. Расчет опорного ребра.
Требуемая площадь опорного ребра определяется из условия прочности его пристроганного торца на местное смятие:
Размеры назначают по ГОСТ 82-70* с учетом следующих требований:
Принимаем опорное ребро: bop = 20 см ; top = 1.3 см по ГОСТ 82-70
Рис.13. Сопряжение балки с колонной. Расчетное сечение ребра для расчета на устойчивость.
Далее проверяем опорное ребро на устойчивость из плоскости балки как центрально сжатый элемент длиной равной высоте стенки главной балки по формуле:
=> φy =96611000=09661
7. Конструкция и расчет монтажного 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.
Стык растянутого нижнего пояса балки косым швом с уклоном 1:2 который обеспечивает увеличение длины шва и следовательно обеспечивает большую прочность соединения.
Стык растянутого нижнего пояса балки выполняют косым швом с уклоном 1:2 (рис.14 вид Б) т.е. увеличивают длину шва и тем самым обеспечивают прочность стыка с меньшим расчетным сопротивлением шва на растяжение при ручной сварке без применения физических методов контроля =1955.
Чтобы уменьшить сварочные напряжения и остаточные деформации сначала сваривают стык стенки далее придерживаются последовательности показанной цифрами на рис.14. Такой стык следует считать равнопрочным основному металлу сечения балки и может не рассчитываться.
8. Расчет и конструирование сопряжений балок.
Рис.15. Сопряжение балок в балочной клетке
Расчет центрально сжатой колонны.
1. Общая характеристика.
В данном случае применяется сплошная колонна при этом сопряжение главных балок с колоннами производится опиранием сбоку.
Материал колонны – сталь С235
Рис.17. Конструктивная расчетная схемы и сечение колонны
Основным требованием к центрально нагруженной колонне является равноустойчивость относительно осей X и Y.:
Для колонн двутаврового сечения это обеспечивается при h = 0.5·bf . Однако для того чтобы избежать неудобств при изготовлении на практике принимают h bf поэтому расчетной принимаем гибкость ly т.к. она максимальна.
2. Подбор сечения и проверка устойчивости.
Расчет колонны выполняем последовательным приближением.
Задаемся гибкостью ly=40 .100. Далее из табл. 72 [2] в зависимости от ly находим коэффициент продольного изгиба wy1 и вычисляем требуемую площадь по формуле:
N = 2·Qф = 2·90265= 180506 кН
Приближенно определяем ширину колонны:
a=0.24 – для двутаврового сечения.
Lef=L=h2+hб-hk =7200+600-(6+296)=7498 см
Приняв hbf компонуем сечение из трех листов по ГОСТ 82-70* так чтобы удволетворялись условия:
bf=38см ; tf=1.4см ; hw=36см ; tw=0.6см
Геометрические параметры сечения:
По уточненному wy1 проверяем устойчивость колонны:
Подобранное сечение удовлетворяет требованиям общей устойчивости.
Местная устойчивость поясных листов и стенки:
5. 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.
Толщину плиты принимаем равной 30мм толщину траверсы принимаем 10мм ребра - толщиной 8мм. Диаметр анкерных болтов конструктивно принимают равным 20 30 мм. Диаметр отверстий 30 50мм. После натяжения болтов гайкой шайбу приваривают к плите. Торцы колонн фрезеруют после сборки стержня.
а)Площадь плиты базы определяем из условия прочности бетона фундамента смятию:
Аф– площадь фунд-та пол плитой базы по обрезу
Rb–призменная прочность бетона (для В125 Rb = 75МПа)
Ширину плиты определяем из компоновочной схемы:
В = bf + 2С + 2tт = 38+2·6+2·1 = 52см
С– вылет консоли принимаем равным 6см.
Длину плиты находят: L = Aпл В =18510252 =3560 см L=36cм
L=2a+h=2·5+38.8=48.8=50см
Проверяем фактическое напряжение смятия в бетоне под плитой:
sб = N (Lпл · Bпл )
б)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 2 канта или консольные.
– консольный участок
М1 = sб ·с22 = 069·622 = 1242кН·см
– участок с опиранием на 4 канта
М4 = b1 ·sб ·a2 = 0.0986·069·1872 = 2379 кН·см
где b1=0.0986-коэффициент зависящий от b a = 36187= 193 ( по табл.4 [7] )
– участок с опиранием на 23 канта
где b2- коэффициент зависящий от отношения а1 d = 538 =013 0.3 ( по табл.5 [7] )
Если аd0.3 то плита работает как консоль и М1=Мmax
М1 = sб ·с22 = 069·522 = 8625 кН·см
По наибольшему значению момента вычисляем требуемую толщину плиты:
по ГОСТ 82-70* принимаем tпл = 2см. 4см
в)Определим высоту траверсы из условия прочности на срез угловых швов
прикрепляющих листы траверсы к стержню колонны:
Принимаем окончательную высоту траверсы 37 см. Определяем требуемый минимальный катет шва: мм » 0.6 см
hт 85·bf ·kf = 85·11·06 = 561см условие выполняется.
hт N (4·bf ·kf ·Rwf ·gwf ·gc ) = 180506(4·1.1·06·18·1·1) = 3799см
hт N (4·bz ·kf ·Rwz ·gwz ·gc ) = 180506(4·1.15·06·16·1·1) = 4088см
6. Расчет и конструирование оголовка колонны.
Рис.18. Оголовок колонны и тип сопряжения с балкой.
В случае крепления главной балки к колонне сбоку (рис.18) вертикальная реакция передается на опорный столик приваренный по трем сторонам к полкам колонны. Толщину столика принимаем на 15 20 мм больше толщины опорного ребра главной балки:
Длину опорного столика определяем из условия прочности на срез по металлу угловых вертикальных швов прикрепления:
где kf – катет шва можно принять в пределах 10 ..20мм;
– коэффициент учитывает возможность неравномерной передачи опорной реакции
Qф через вертикальные швы из-за неточности изготовления и монтажа конструкций.
5.Эскизный чертеж центрально сжатой колонны с базой.
СНиП II-23-81*Нормы проектирования. Стальные конструкции.
Москва: Стройиздат 1990
Металлические конструкции под редакцией Беленя Е.М.
Москва: Стройиздат 1985
Металлические конструкции под редакцией Мухина К.К.
Москва: Стройиздат 1978
Стальные конструкции. Справочник конструкции
Москва: Стройиздат 1976
Металлические конструкции. Справочник конструктора.
Проектирование и расчет стальных балочных перекрытий и центрально сжатых колонн. Методические указания к выполнению курсовой работы «Балочное перекрытие рабочей площадки» сост. Телоян А.Л.
Узлы стальных конструкций и колонн. Методические указания для курсового и дипломного проектирования. сост. Телоян А.Л.
Строительные конструкции. Учебное пособие. сост. Малбиев С.А. Телоян А.Л.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ивановский государственный архитектурно-строительный университет»
Кафедра «Строительные конструкции»
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
по теме: “Балочное перекрытие рабочей площадки”

МК КУРСАЧ.dwg

Монтажная схема М1:200
Укрупнительный стык главной балки М 1:20
Концы стыков швов поясов вывести на планки. Цифрами обозначен порядок наложения монтажных швов. Стрелками указоно направление сварки.
стальной настил t= 6 мм
стальной настил t=6мм
стальной настил t=6мм
ГОУВПО"ИГАСУ" каф. СК
КР 05055023-550100-06052-2009
Балочная клетка рабочей площадки
Монтажная схема.Колонна К1.Балка Б1. Примечания. Узлы.Спецификация стали.
Спецификация стали С235 по ГОСТ 27772-88
Таблица отправочных марок.
Условные обозначения
сварной шов заводской сварной шов монтажный
А6 автоматическая сварка кf =6мм
ось анкерных болтовМ20
Материал конструкции - сталь марки С235 по ГОСТу 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 фрезеровати после сборки стержня. 7. Поясные швы отправочной марки Б1
К1 выполнять автома- тической сваркой
прочие заводские швы полуавтоматической . 8. Электроды дли ручной сварки Э42. 9. Размеры в выдержать с точностью ±1мм. 10.На отправочной марке К1 фасонки для крепления крепления связей условно не показаны.
Стальной настил 514.8м² t=0.006м - 24147.08кг