Расчёт сварной балочной клетки

Содержание

 

Введение	3
1. Описание конструкции	4
2. Состав задания	5
3. Технологические условия на проектирование	6
3.1. Расчётные сопротивления	7
4. Расчёт сварной балочной клетки	8
4.1. Расчёт вспомогательных балок	8
4.1.1. Определение действующих нагрузок, распределенных по длине	9
4.1.2. Определение расчётных изгибающих  моментов, возникающих на              опорах, в пролётах	9
4.1.3 Определение требуемых моментов  сопротивления сечения	9
4.1.4. Проверка прочности по нормальным напряжениям	10
4.1.5. Проверка жёсткости вспомогательной балки	10
4.1.6. Устойчивость вспомогательной балки	12
4.2. Расчёт главных балок	12
4.2.1. Определение количества силовых  участков	12
4.2.2. Определение опорных реакций для вспомогательных балок	12
4.2.3. Определение суммарного перерезывающего  усилия	13
4.2.4. Определение реакции главной  балки	13
4.2.5. Определение перерезывающего усилия  на главной опоре	13
4.2.6. Определение перерезывающего усилия  на каждой из опор	13
4.2.7. Определение изгибающих моментов	14
4.3. Определение высоты главной балки	14
4.3.1. Определение условий жёсткости главной балки	14
4.3.2. Определение высоты вертикального листа из условия жёсткости	14
4.3.3. Определение допускаемых значений высоты от расчётной	16
4.3.4. Определение окончательной высоты	16
4.3.5. Определение площади поперечного сечения вертикального листа	17
4.3.6. Определение величины отстояния горизонтальных ребер жесткости	17
4.4. Определение размеров пояса	19
4.5. Изменение размеров сечения главной балки	21
4.5.1. Определение места изменённого сечения	21
4.5.2. Определение требуемого момента сопротивления и площади пояса	21
4.5.3. Определение ширины изменённого пояса	21
4.5.4. Определение геометрических характеристик изменённого сечения	22
4.5.5. Определение нормальных и касательных напряжений в стенке на уровне поясных швов	22
4.5.6. Проверка общей и местной устойчивости составных балок	23
4.6. Расчёт деталей и узлов балок	24
5. Технологические указания	26

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Балочная  клетка представляет собой систему  пересекающихся несущих балок, предназначенных  для опирания настила перекрытий. В зависимости от схемы расположения балок балочные клетки делят на три типа: упрощенные, нормальные и усложненные.

В упрощенной балочной клетке нагрузка от настила передается непосредственной на балки, располагаемые обычно параллельно  короткой стороне перекрытия, затем  на вертикальные несущие конструкции (стены, стойки и др.). Такой вариант  балочной клетки используется обычно в гражданских бескаркасных зданиях, где небольшие нагрузки и небольшие  пролеты.

В промышленных здания обычно используют нормальную и усложненную компоновку балочных клеток. Здесь настил опирается на балки настила, которые опираются на главные балки (нормальный вариант балочной клетки) или на вспомогательные балки, а последние – на главные балки (усложненный вариант балочной клети). В данном курсовом проекте рассмотрен нормальный тип балочной клетки с этажным сопряжением балок.

В настоящее время металлические  конструкции применяют во всех видах  зданий и инженерных сооружений.

В зависимости от конструктивной формы  и назначения металлические конструкции  делят на несколько видов.

Конструкции одноэтажных промышленных зданий выполняют  в виде цельнометаллических или  смешанных каркасов. Цельнометаллические  каркасы в основном применяются  в зданиях с большими пролётами.

Большепролётные здания с пролётами до 150 м наиболее целесообразно перекрывать металлическими конструкциями. Системы и конструктивные схемы большепролётных покрытий очень разнообразны. Здесь возможны балочные, рамные, арочные, висячие, комбинированные, причём как плоские, так и пространственные системы.

Листовые  конструкции являются тонкостенными  оболочками различной формы и  должны быть не только прочными, но и  жесткими.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описание  конструкции

 

Проектируемая металлоконструкция «Балочная клетка»  является рабочей площадью, предназначенной  для размещения на ней оборудования и материалов, необходимых для  обслуживания производного процесса. Она состоит из настила, непосредственно  воспринимающего расположенную  на нём полезную нагрузку, и системы  несущих балок , образующих балочную клетку, которая служит для передачи нагрузки через опорные колонны на фундамент.

«Балочная» клетка состоит из пересекающихся под прямым углом балок.

Балки пролётом L передающие нагрузку на опорные колонны и являются главными. Балки пролётом l₁, являются вспомогательными и служат для промежуточной передачи нагрузки с настила на главные балки.

 

 

Рис. 1. Продольная (вспомогательная) и поперечная (главная) балки

 

 

Рис. 2. Общий вид балочной клетки

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Расчетная схема балочной клетки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Состав  задания

 

Расстояние  между продольными балками l выбираем по условию прочности настила и в соответствии с толщиной и свойствами его материала.

Расстояние  между главными балками L определяем с учётом расхода материала и производственных затрат. По условию настоящего проекта эти размеры относятся к заданным.

Нагрузка  на балочную клетку состоит из некоторой  равномерно распределённой постоянной нагрузки интенсивностью q и переменной нагрузки от оборудования интенсивностью p.

При проектировании необходимо предусмотреть возможность неодновременного загружения отдельных участков балочной клетки, при котором смежные пролёты продольных балок будут находиться в различных условиях.

 

 

 

 

Таблица1

Исходные  данные для задания 

Размеры балочной клетки, м			Интенсивность нагрузки, кН/м2
L	l	l1	q	p
18	6	2	1.8	8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Технологические  условия на проектирование

 

Балки изготавливаются  из Ст3 (выбор марки стали основывается исходя из экономической целесообразности расхода металла и его стоимости).

 

 

Коэффициент перегрузки                             n= 1.1;

Предел прочности                                         σ_в=380 МПа;

Предел текучести                                          σ_т=240 МПа;

Коэффициент однородности                        k=0.9;

Расчетные сопротивления  для стали           Ст3 ;

Расчётное сопротивление  растяжения        R_p=210 МПа;

Расчётное сопротивление  среза                   R_с=130 МПа;

Расчётное сопротивление  смятия                R_см=320 МПа.

 

 

 

Наибольшая  стрелка прогиба балок рабочей  площадки не должна превышать следующих  значений:

- для главных  балок                                       ƒ_max =( ) ;

- для вспомогательных  балок                       ƒ_max =( ) ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчёт сварной балочной клетки

 

Расчёт  конструкции необходимо начинать с  составления расчётной схемы. Всю  рабочую клетку следует рассматривать  как состоящую из отдельных балок, различающихся между собой по условиям опирания и нагружения.

 

4.1.Расчёт  вспомогательных балок

 

Ввиду того, что вспомогательные балки  могут быть присоединены к главным  так, что их поперечное сечение в  месте крепления могут воспринимать не только поперечные силы, но и изгибающие моменты, то расчётная схема для вспомогательной балки принимается как для неразрезной балки с числом опор равным числу опорных балок.

Таким образом, расчётная схема продольной балки может быть принята в  соответствии с рис. 4, на котором отдельно указана постоянная нагрузка интенсивностью q и переменная нагрузка интенсивностью p, при одном из возможных вариантах загружения балки.

 

Рис. 4  Схема продольной балки

 

Неразрезные балки являются статически неопределимыми. При их расчёте в качестве статически неопределимых величин принимаются  опорные моменты, для определения  которых применяют теорему о  трёх моментах.

При расчёте неразрезных балок часто  пользуются готовыми таблицами, в которых  приведены вычисленные коэффициенты для определения изгибающих моментов и опорных реакций (табл. 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица2

Коэффициенты  для пролётных моментов

Схема нагрузки	m/1	m/2	m/3
	0.100	-0.046	0.086
	-0.026	0.079	-0.04
	-0.065	0.055	-
	-	0.052	0.060
	0.078	0.038	0.046

 

 

 

4.1.1. Определение действующих нагрузок, распределенных по длине

 

 

4.1.2. Определение расчётных изгибающих моментов, действующих на опорах в пролётах

 

4.1.3 Определение требуемых моментов сопротивления сечения      

 

Из курса  сопротивления материалов известно условие прочности при плоском  изгибе по нормальным напряжениям при  расчете по допускаемым напряжениям

.

Расчет строительных конструкций проводится по методу предельных состояний:

 

 

 

где С₁ – коэффициент, учитывающий развитие пластической деформации;

      R_y – расчётное сопротивление (σ_т = 390 МПа);

      – коэффициент условной работы конструкции.

Принимаем I №36 по ГОСТ 8239 -89^*

 

Номер профиля	27A
Момент инерции	Jx = 5500 см4
Момент сопротивления при изгибе	Wx = 407 см3
Статический момент полусечения	Sx = 229 см3
Высота сечения	h = 270 мм
Ширина полки	b = 135 мм
Толщина стенки	d = 6 мм
Средняя толщина полки	t = 10.2 мм

 

 

4.1.4 Проверка прочности по нормальным напряжениям

(Расчёт  по первой группе предельных  состояний)

 

Проводится  поскольку при подборе сечения  коэффициент С₁ задавался приближённым.

 

По табл. П.3 СНиП II 23-83^* берем коэффициенты:

 

Таблица 3

Таблица приложения 3 СНиП II 23-83

Схема сечения	Af/Aw	С
І; ][	0,25	1,19
	0,5	1,12
	1	1,07
	2	1,04

 

Интерполируя, получаем

C₁(0,701) = 1,07

 

 

Прочность балки  обеспечена.

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1.5 Проверка жесткости вспомогательной балки

(Расчёт  по второй группе предельных  состояний)

 

Определение прогибов пролёта неразрезной балки  можно производить по формулам для  свободно опёртой балки на двух опорах.