Научная Петербургская Академия

Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа

Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа

Министерство образования Российской Федерации Якутский государственный инженерно-технический институт Пояснительная записка к курсовой работе Расчёт балочной клетки усложненного типа Выполнил: студент 3 курса гр. ВиВ-02 Сорокин Роман Проверил: Кузьмин И.Н. Якутск 2004г. Содержание стр. Ведение 3 1. Исходные данные на проектирование стальной балочной клетки усложненного типа 4 2. Расчёт настила 5 3. Расчёт балки настила 8 4. Расчёт вспомогательной балки 10 5. Расчёт составной сварной главной балки 16 Заключение 23 Использованная литература 24 Ведение Рабочие площадки служат для размещения производственного оборудования на определенной высоте в помещении цеха промышленного здания. В конструкцию площадки входят колонны, балки, настил и связи. Система несущих балок стального покрытия называется балочной клеткой. Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа 1. Колонна, 2. Главная балка, 3. Вспомогательная балка, 4. Балка настила, 5. Настил. 1. Исходные данные на проектирование стальной балочной клетки усложненного типа 1) временная нагрузка – Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа =12 кН/м2; 2) толщина настила площадки усложненного типа – 6 мм 3) пролет главной балки – 12 м 4) пролет вспомогательной балки – 6,00 м 5) габарит помещения под перекрытием – h = 6,6 м 6) отметка верха настила (ОВН) – Н = 8,4 м 7) тип сечения колонны – сплошная 8) сталь настила и прокатных балок – С235 9) сталь главной балки и колонны – С375 2. Расчёт настила Сбор нагрузки на 1м2 настила:
Наименование нагрузки

Нормативная нагрузка,

кН/м2

γf

Расчётная нагрузка,

кН/м2

1

Временная нагрузка, Р

121,214,4
2

Собственный вес настила, Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа

0,4621,050,485
3

Итого: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа =Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа

12,46214,885
Средняя величина коэффициента надежности по нагрузке: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа =1,194 Примем расчётную схему настила: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Сварные швы крепления настила к балкам не дают возможности его опорам сближаться при изгибе. Поэтому в настиле возникают растягивающие цепные усилия Н. Изгиб настила происходит по цилиндрической поверхности. Цилиндрический модуль упругости стали определяется по формуле: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа В расчете определим наибольший пролет полосы настила единичной ширины при заданной толщине листа tH = 0,006 м и предельном прогибе Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Принимаем L = 0,857 м, т.е. пролет LH укладывается 7 раз по длине вспомогательной балки. Предельный прогиб для заданного пролета: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа м Проверка прогиба настила. Вычислим балочный прогиб, т.е. прогиб от поперечной нагрузки в середине полосы шириной b = 1 м, имеющий цилиндрическую жесткость EiJ , без учета растягивающей силы Н: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Прогиб настила с учетом растягивающей силы Н: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа – проверка жёсткости настила удовлетворяется. Проверка прочности настила Изгибающий момент: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Растягивающее усилие: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Момент сопротивления настила: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Проверка нормальных напряжений: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа – расчётное сопротивление материала настила, принимаем по СНиП II-23-81. γс – коэф. условий работы, принимаем по СНиП II-23-81. Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа – условие прочности выполнено. 3. Расчёт балки настила Принимаем пролёт балки настила равным Lбн = 2 м Сбор нагрузки на 1м балки Нормативная от временной нагрузки, веса настила и веса балки настила: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Расчётная от временной нагрузки, веса настила и веса балки настила: Подбор сечения прокатной балки Изгибающий момент от расчётной нагрузки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Требуемый момент сопротивления: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа с1=1,1 – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в первом приближении Находим требуемый момент инерции по предельному прогибу: Предельный прогиб для балки пролётом Lбн=2м по СНиП 2.01.07-85* составляет: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа По Wтр, Jтр, по сортаменту подбираем уголок №9 ГОСТ 8509–93 со следующими характеристиками: Jx =94,3 см4, А=12,3 см2, mбн=9,64 кг/м, b=90мм, t=7мм, z0=2,47cм. Момент сопротивления выбранного уголка: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Уточняем коэффициент с1=с по таблице 66 СНиП II-23-81*: с= 1,6 Проверочный расчёт Уточняем нагрузку Нормативная от временной нагрузки, веса настила и веса балки настила: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Расчётная от временной нагрузки, веса настила и веса балки настила: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Максимальный изгибающий момент от расчётной нагрузки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Проверка нормальных напряжений Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа – расчётное сопротивление материала настила, принимаем по СНиП II-23-81. Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа – условие прочности выполнено. Проверка касательных напряжений Перерезывающая сила на опоре: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа – несущая способность на срез обеспечена. Проверка прогиба Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Относительный прогиб: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа <Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа 4. Расчёт вспомогательной балки Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Расчёт нагрузок Нормативная от временной нагрузки, веса настила, веса балки настила: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа – распределённая нагрузка балки настила, L – пролёт балки настила. Нормативная от веса вспомогательной балки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа – пролёт вспомогательной балки. Расчётная от временной нагрузки, веса настила и веса балки настила: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Расчётная от веса вспомогательной балки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Подбор сечения прокатной балки Изгибающий момент от расчётной нагрузки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Требуемый момент сопротивления при с1=1,1: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Находим требуемый момент инерции по предельному прогибу: Предельный прогиб для балки пролётом Lбн=6м по СНиП 2.01.07-85* составляет: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Находим прогиб вспомогательной балки при заданной схеме нагружения: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа w – площадь грузовой эпюры изгибающих моментов, n – ордината единичной эпюры изгибающих моментов в центре тяжести w. 1. Перемещение от эпюры Мр1: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа 2. Перемещение от эпюры Мр2: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа 3. Перемещение от эпюры Мр3: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Полное перемещение от расчётных сил: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Полное перемещение с учётом собственного веса вспомогательной балки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Предельный прогиб для балки пролётом Lбн=6м по СНиП 2.01.07-85* составляет: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа По Wтр, Jтр, по сортаменту подбираем швеллер №36 ГОСТ 8240–89 со следующими характеристиками: Jx =10820 см4, А=53,4 см2, mбн=41,9 кг/м, h=360мм; b=110мм, s=7,5мм; t=7мм, Wx=601 см3; Sx=350 см 3; z0=2,68cм. Проверочный расчёт Уточняем коэф. с1 Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа По отношению Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа из таблицы 66 СНиП II-23-81* находим коэф. с1 линейной интерполяцией: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Уточняем вес вспомогательной балки Нормативная нагрузка от веса вспомогательной балки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Расчётная нагрузка от веса вспомогательной балки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Изгибающий момент от расчётной нагрузки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Проверка прочности Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа – расчётное сопротивление материала, принимаем по СНиП II-23-81. Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа – условие прочности выполнено. Проверка касательных напряжений Максимальное значение касательных напряжений имеют в точках, расположенных на нейтральной оси. Перерезывающая сила на опоре: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа – несущая способность на срез обеспечена. Проверка прогиба Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Относительный прогиб: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа <Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Проверка общей устойчивости балки Сжатый пояс в направлении из плоскости изгиба балки закрепляется балками настила, расстояние между которыми равно lef= l = 0,857 м Наибольшее значение отношения lef к ширине сжатого пояса bf, при котором требуется проверка общей устойчивости, определяется по формуле: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа – расчёт на общую устойчивость балки не требуется. 5. Расчёт составной сварной главной балки Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Расчёт нагрузок Нормативная от временной нагрузки, веса настила, веса балки настила, веса вспомогательной балки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа – вес вспомогательной балки, – пролёт вспомогательной балки. Нормативная от веса главной балки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Lб2 – пролёт главной балки. Расчётная от временной нагрузки, веса настила и веса балки настила, веса вспомогательной балки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Расчётная от веса главной балки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Подбор сечения главной балки Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Сечение составной сварной балки состоит из трех листов: вертикального – стенки (1) и двух горизонтальных – полок (2). Расчетный изгибающий момент: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Для принятой толщины листов полок tf = 20 мм расчетное сопротивление стали С375 равно Ry =345 МПа. Коэффициент условия работы ус =1. В первом приближении c1 = 1,1. Требуемый момент сопротивления: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Высоту сечения балки h предварительно определим по соотношению между honmW, honmf и hmin где h onmW - оптимальная высота сечения из условия прочности; honmf - оптимальная высота сечения из условия жесткости; hmin - оптимальная высота сечения из условия минимальной жесткости, при обеспечении прочности. 1) оптимальная высота балки из условия прочности: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа где Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа – отношение высоты балки к толщине стенки в пределах kw=125÷140. Принимаем kw=130 Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа 2) оптимальная высота балки из условия жёсткости: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа где Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа , Предельный прогиб для балки пролётом Lб2=12м по СНиП 2.01.07-85* составляет: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Средняя величина коэф. надёжности по нагрузке составляет: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа 3) Высота балки из условия минимальной жёсткости при обеспечении прочности: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Выбор высоты балки Т.к. honmW < hmin < honmf , принимаем h= honmW = 75,55 cм Высота главной балки должна соответствовать наибольшей строительной высоте перекрытия согласно заданию: h=hc max – tн – bуголка – hшвел. где tн - толщина настила. Наибольшая строительная высота перекрытия определяется разностью отметок верха настила и габарита помещения под перекрытием: hc max =8,4 – 6,6 = 1,8 м h=1,8 – 0,006 – 0,09 – 0,11 = 1,594 м > hmin оставляем выбранную высоту h=878мм. Принимаем по ГОСТ 82-70 толстолистовую сталь шириной 800 мм. С учётом обрезки кромок с двух сторон по 5 мм hw= 800 – 10 = 790 мм По коэф. kw= 130 определяем толщину стенки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Принимаем tw = 7 мм. Толщину полок назначим равной tf = 11 мм Полная высота балки: h= hw +2 tf = 790 + 2∙11 = 812 мм Момент инерции стенки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Требуемый момент инерции полок: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа где Jтр max определим по двум значениям из условий: а) прочности Jтр max = 0,5Wтр h = 0,5∙2211,13∙10-6∙0,812 = 89771,9 см4 б) жесткости Jтр max = 106790,5 см4 Jтр =89771,9 – 41123,2 = 48648,7 см4 Требуемая площадь сечения полки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Толщину полки определяем из условия обеспечения её местной устойчивости: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа В расчёте было принято 1,1 см, что больше tf = 0,8 см Ширину полки назначаем из условия Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа , т.е. Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Принимаем среднее значение bf = 220 мм, что соответствует ширине листа универсальной стали по сортаменту ГОСТ 82-70. Уточняем вес главной балки Уточним собственный вес балки по принятым размерам: Площадь поперечного сечения: A = 2Af + Aw =2∙1,1∙22 + 0,7∙79 = 103,7 см2 Нормативный вес погонного метра балки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа = γs A ψ = 77∙0,01037∙1,03 = 0,82 кН/м где γs = 77 кН/м3 – удельный вес стали; ψ = 1,03 – конструктивный коэффициент, учитывающий вес рёбер жёсткости и сварных швов. Расчётный вес погонного метра балки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа = Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа γfm = 0,82∙1,05 = 0,861 кН/м Уточняем усилия. Изгибающие усилия от нормативных и расчётных нагрузок: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Перерезывающая сила на опоре: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Геометрические характеристики сечения балки Момент инерции: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Af – площадь сечения одной полки: Af = bf tf = 22∙1,1 =24,2 см2 Момент сопротивления: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Находим отношение площадей полки и стенки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа из таблицы 66 СНиП II-23-81* находим коэф. с1= 1,14 Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Проверка прочности главной балки: Проверка нормальных напряжений: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Проверка касательных напряжений (проверяются в месте крепления опорного ребра без учёта работы на срез полок): Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Проверка прогиба главной балки Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа – условие жёсткости балки удовлетворяется. Расчёт поясных сварных швов Статический момент полки относительно оси Х–Х: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Сдвигающая сила на единицу длины: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Для стали С375 по табл. 55 СНиП II-23-81* принимаем сварочную проволоку Св- 10НМА для выполнения сварки под флюсом АН-348-А. Определим требуемую высоту катета Кf поясного шва “в лодочку”. 1. Расчёт по металлу шва. Коэф. глубины провара шва βf =1,1 (СНиП II-23-81*, табл.34), Коэф. условий работы γwf =1 (СНиП II-23-81*, пп. 11.2), Расчётное сопротивление металла Rwf =240 МПа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа 2. Расчёт по металлу границы сплавления: Коэф. глубины провара шва βz =1,15 (СНиП II-23-81*, табл.34), Коэф. условий работы γwz =1 (СНиП II-23-81*, пп. 11.2), Расчётное сопротивление металла Rwz =0,45Run =0,45∙490= 220,5 МПа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Сравнивая полученные величины, находим: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Высота катета поясного шва должна быть не менее: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа По толщине наиболее толстого из свариваемых элементов (tf =11 мм) по табл. 38 СНиП II-23-81*, принимаем kf = 6 мм Проверка на устойчивость сжатой полки Устойчивость полки будет обеспечена, если отношение свеса полки bef к её толщине tf не превышает предельного значения: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа где расчётная ширина свеса полки bef равна: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Т.к. 8,875<12,22, устойчивость поясного листа обеспечена. Проверка устойчивости стенки балки Для обеспечения устойчивости стенки вдоль пролёта балки к стенке привариваются поперечные двусторонние рёбра жёсткости. Расстояние между поперечными рёбрами при условной гибкости стенки Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа , не должно превышать 2hw. Условная гибкость стенки определяется по формуле: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Необходима установка рёбер жёсткости с шагом не более 2hw=2∙79=158 см Ширина рёбер должна быть не менее: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Принимаем bh = 70 мм Толщина ребра: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Принимаем ts = 6 мм Устойчивость стенок на скручивание можно не проверять, при отношении:Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Заключение В курсовой работе была рассчитана балочная клетка усложненного типа. Расчёт производился по второй группе предельного состояния, т.е. по деформативности расчётной конструкции, с обязательной проверкой по первой группе предельных состояний, т.е. по потере несущей способности. В результате расчёта получили следующие результаты: 1. Тип сопряжения балочной клетки – этажное, 2. Схема разбивки балочной клетки: Курсовая: Расчёт балочной клетки усложнённого типа Где: 1) Составная сварная главная балка: – полки 220x11 из широкополосного универсального листа по ГОСТ 82-70; – стенка 800х7 из широкополосного универсального листа по ГОСТ 82-70; – рёбра жёсткости 70х6, шагом 1580 мм; – высота катета поясного шва 6 мм; 2) Вспомогательная балка: швеллер №36 по ГОСТ 8240-89; 3) Балка настила: уголок равнополочный №9 с толщиной полки 7мм, по ГОСТ 8509–93; 4) Настил: стальной лист толщиной 6 мм. Использованная литература
  1. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» МОСКВА 1996г.
  2. СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» МОСКВА 1990.
  3. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1 Элементы стальных конструкций: Учеб. пособие для строит, вузов/ В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др.; Под ред. В.В. Горева.— М.: Высш. шк., 1997.— 527 с.: ил.
  4. ГОСТ 82-70: Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный.
  5. ГОСТ 8509-93: Уголки стальные горячекатаные равнополочные.
  6. ГОСТ 8240-89: Швеллеры стальные горячекатаные.


(C) 2009