Металлические конструкции

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ФГОУ  ВПО «Чувашский государственный  университет

  им. И.Н. Ульянова»

Строительный  факультет. Заочное  отделение.

Кафедра строительного производства и 

экономика строительства 
 
 
 
 

КУРСОВОЙ   ПРОЕКТ

по  дисциплине

«Металлические конструкции» 
 

Тема: «Балочная клетка рабочей площадки одноэтажного

промышленного здания»     
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                              Выполнила студентка

                                                                                     гр. ЗС -16-07 Галимова А.А.                                                           

                                                                                          Руководитель:    Иванова Н.В. 
 
 
 
 
 
 

Чебоксары 2009

 

Содержание

Задание на проектирование

Раздел  I

Расчет  настила балочной клетки

Раздел  II

Вариантное  проектирование балочной клетки

2.1. Нормальный тип

2.2. Усложнённый тип

Раздел  III

3. Расчет главной  балки

3.1. Определение нагрузок  и расчетных усилий

3.2. Подбор сечения  главной балки

3.3. Изменение сечения  главной балки  по длине

3.4. Проверка прочности,  прогибов, общей устойчивости  балок

3.4.1. Проверка прочности  балок

3.4.2. Проверка устойчивости  балок

3.5. Проверка местной  устойчивости элементов  главной балки

3.6. Расчет поясных  сварных швов

3.7. Расчет опорных  ребер

3.8. Расчет  узлов  сопряжения балок

3.9. Расчет монтажного  стыка балок.

Раздел  IV

4. Расчет колонны

4.1. Расчет стержня  сплошной колонны 

4.2 Расчет базы колонны

4.3. Расчет оголовков колонн

Раздел  V

5. Расчет связей

5.1.Расчет  портальной связи

5.2. Расчет крестовой  связи

Список  использованной литературы 
 
 
 

   Раздел  I

   Расчет  настила балочной клетки

    Расчетный пролет настила  принимают равным расстоянию в свету  между балками  настила, а его  опирание на балки  считают шарнирно неподвижными (рис. 1.1) 
 
 
 
 
 
 
 
 

   рис 1.1

   Определяем  размеры настила.

   Толщину настила назначаем  в зависимости  от g_н : g_н=16кН/м=> t_н=10мм.

   Сила, растягивающая настил:

   Н=(γ_fП²/4)* β²E₁t_н

       Где Е₁=Е/(1-v²), Е=(2,06*10⁴)/1-0,3²=2,26*10⁴ кН/см²

   Н=(1,2*3,14²/4)*(1/150)²*2,26*10⁴*1,0 = 2,97кН/м

   Определяем  размеры настила  по формуле:

   l/t=4n₀/15(1+72E₁/n₀⁴q)

   l/t=((4*150)/15)*(1+( 72*2.26*10⁴)/(150⁴*0,0018)=112

   Принимаем t=10 мм, тогда l=125*1,0=125см

   Для соединения настила  с балкой настила  используем угловую  полуавтоматическую сварку в нижнем положении с применением сварочной проволоки

   Расчетный катет шва при  определении по металлу  шва:

   к_f = Н/(β_f l_w R_wf γ_wf γ_c), где β_f =0,9

   R_wf =165- расч. сопрот. шва срезу по металлу шва для стали С245

   Для стали С245, эксплуат. в. норм. условиях (внутри цеха) можно использовать сварную проволоку Св-08А, для которого  R_wf=180 МПа.

   γ_wf =1- коэфф. условия работы шва

   γ_c = 1- коэфф. условн. раб. Конструкции

   а) расчетный катет  шва при определении  по металлу шва:

     к_f = Н/(β_f l_w R_wf γ_wf γ_c)=2,97/(0,8*1*18*1*1)=0,18 см

   б) расчетный катет  шва при определении  по металлу границы  сплавления:

   к_f = Н/(β_z l_w R_wz γ_wz γ_c) ,где

   β_z=1,05 – коэфф., опред. по табл. 34 СНиП II-23-81*

   R_wz – расч. сопрот. углового шва срезу по металлу границы сплавления

     R_wz = 0,45R_un = 0,45*345=155 МПа

   γ_wz = 1- коэфф. условия работы шва

   к_f = Н/(β_z l_w R_wz γ_wz γ_c)= 2,97/(1,05 *1*15,525)=0,17см

   Из 2-х  вычислен. Значений выбираем большее, т.е. к_f = 0,18 ≈0,2 см

   Определяем  толщину шва к_f, исходя  из его возможной длины:

   к_f ≥(1/ β_f)√Н/85 R_wz = (1/0,9)√2,97/85*155,25 = 0,36см

   Окончательно  принимаем  к_f = 4 мм 
 
 
 
 

Раздел  II

Вариантное  проектирование балочной клетки

Пролет  гл. балки – 12м

Шаг колонн – 7 м

Временная нормат. распред. нагр. q_н = 16 Кн/м²

Коэфф. надежн. по нагр. γ_f = 1,2

Материал  балки - настила сталь  С245 (R_y = 240 МПа)

Рассмотрим 2 варианта компоновки балочной площадки:

2.1. Нормальный тип

     В нормальной балочной клетке (рис 2.1.) балки  настила опираются  на главные балки, которые устанавливаются  на колонны в направлении  большего пролета 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

рис 2.1.

     1) При выбранной  толщине настила   t_н=1,0 мм пролет l_н=1,25м.

Тогда примем следующую  раскладку, изображенную на рис. 2.1. а = 1, 3 м.

Определим вес настила, зная, что 1м² стального настила толщ. 10 мм весит 78,5 кг:

g = 1,0*78,5 = 78,5 кг/м² = 0,785 кН/м²

Нормат. нагр. на балку настила:

q^н = (р^н+g^н)a =(16+0,785)*1, 3 =20,98 кН/м

Расчетная нагрузка на балку  настила:

q = (γ_f2р^н+ γ_f1g^н)а = (1,2*18+1,05*0,785)1, 3 = 24,01 кН/м

где  γ_f1=1,05, γ_f2=1,2 – коэфф. надежн. по нагр.

Расчетный изгиб. момент:

M_max = ql²/8 = 24,01*7²/8 = 147,06кН*м = 14706кН*см

Треб. момент сопротивления  балки определяем, принимая с₁ = с =1,1:

W_тр = M_max/с₁R_y = 14706/1,1*24,0 = 556,8 см³

  Примем двутавр  №33 , имеющий W_x = 597 см³, I = 9840см⁴, g = 42,2кг/м, b = 14 см, 

Проверяем только прогиб по формуле:

f = 5q^нl⁴/384EI = 5*0,2098*700⁴/384*2,06*10⁴*9840 = 4,08<(1/250)l=3,2 см

Принятое  сечение балки  не удовлетворяет  условиям прочности  и изгиба.

Примем  двутавр №36 , имеющий  W_x = 743 см³, I = 13380см⁴, g = 48,6 кг/м, b = 14,5 см,  h = 36см.

f = 5q^нl⁴/384EI = 5*0,2098*700⁴/384*2,06*10⁴*13380 =

=2,93/1,06=2,3 см< 2,8 см

          Принятое сечение  балки удовлетворяет  условиям прочности  и прогиба. Проверку  касательного напряжения в прокатных балках при отсутствии ослабления опорных сечений обычно не производят, т.к. она легко удовлетворяется из-за относительно большой толщины стенки балок. 

Определяем  расход металла на 1 м² перекрытия:

Настил: 1,0*78,5=78,5кг/м²;  балка: g/a = 48,6/1, 16 = 42,15кг

Весь  расход: 78,5+42,15 = 1200 кг/м²=120кН/м² 
 

                                               2.2. Усложнённый тип 
 
 
 

   
 
 
 
 

                                                    рис 2.2.

     В усложненную балочную клетку по сравнению  с нормальной дополнительно вводят вспомогательные балки, передающие нагрузку с балок настила на главные балки.( рис 2.2.)

     Шаг балок настила  зависит от несущей  способности настила  и назначается в пределах 0,6-1,6 м. Шаг вспомогательных балок принимается от 2 до 5 м.

     По  конструктивным соображениям шаг вспомогательных  балок примем 3 м.

     1) При t_н=10мм примем шаг балок настила 1,16м

     Нормат. и расч. нагр. на балку  настила:

     q^н = (16+0,785)1,16= 19,45кН/м

q = (γ_f1р^н+ γ_f2g^н)а = (1,2*16+1,05*0,785)1,16 = 23,2/м

Расчетный изгиб. момент:

M_max = ql²/8 = 23,2*4²/8 = 46,4 кН*/м = 4640кН/см

Треб. момент сопротивления  балки определяем, принимая с₁ = с =1,1:

W_тр = M_max/с₁R_y = 4640/1,1*24,0 = 175,8

     Примем  двутавр №20, имеющий W = 189 см³, I = 1840см⁴, g = 15,9 кг/м, b = 0,81 см.

Проверяем только прогиб по формуле:

f = 5q^нl⁴/384EI = 5*0,4640*400⁴/384*2,06*10⁴*1840= 4,08<1,04

Принятое  сечение балки не удовлетворяет условиям прочности и прогиба.

           Принимаем двутавр №22 W=232см³ I=2550 см⁴ g=24кг/м b=110см

f=5*0.4640*400⁴/384*2.06¹⁰*2550=2.9<1.6

Принятое  сечение не удовлетворяет  условиям прочности  и прогиба.

          Принимаем  двутавр  №24 W=371 см³ I=5010см⁴ g=31.5 кг/м b=125см

F=5*0.4640*400⁴/384*2.06*10⁴*5010=1.4<1.6 условие прочности выполнено.

        Определяем нормативные и расчетные нагрузки от балок настила на вспомогательную балку:

     q^н = (16+0,785+31,5/116)*4 = 0,66 кН/см