Курсовая работа - Расчет и конструирование балочной клетки нормального типа - файл n1.doc

Курсовая работа - Расчет и конструирование балочной клетки нормального типа
скачать (684.6 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.doc1135kb.28.12.2011 01:37скачать
n2.dwg

n1.doc

Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Астраханский государственный технический университет»

Образовательная деятельность в сфере высшего и дополнительного профессионального образования сертифицирована DQS по ISO 9001

Кафедра Строительство


Пояснительная
Пояснительная записка

к курсовому проекту

«Расчет и конструирование балочной

клетки нормального типа»
Выполнила: студент группы ДСС-41

Кречко А.О.

Проверила: Григорова И.А.
Астрахань, 2011 г

Содержание:
Введение

Исходные данные

1. Разработка схемы балочной клетки...............................................................………………5

2. Расчет балки настила..............................................................................................................7

2.1 Расчетная схема

2.2 Сбор нагрузок

2.3 Статический расчет

2.4 Выбор материала

2.5 Подбор сечения

2.6 Геометрические характеристики сечения

2.7 Проверка принятого сечения

3. Расчет главной баки................................................................................................................9

3.1 Расчетная схема

3.2 Сбор нагрузок

3.3 Статический расчет

3.4 Выбор материала

3.5 Подбор основного сечения

3.6 Проверка принятой толщины стенки на срез

3.7 Определяем условную гибкость стенки

3.8 Изменение сечения балки по длине

3.9 Проверки местной устойчивости

3.9.1 Проверка местной устойчивости пояса

3.9.2 Проверка местной устойчивости стенки

3.10 Расчет опорных ребер

3.10.1 Конструирование и расчет опорной части балки

3.10.2 Определение размеров площади смятия торцевой

поверхности опорного ребра

4. Расчет колонны К1........................................................ .......................................................16

4.1 Расчетная схема, определение нагрузки, статический расчет

4.2. Подбор сечения и проверка устойчивости колонны

4.2.1 Определение сечения ветвей

4.2.3 Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси X-X

4.3 Расчет планок

4.4 Расчет базы

4.4.1 Определение размеров плиты в плане

4.4.2 Определение толщины плиты

4.4.3 Расчет траверсы
Список использованной литературы.............................................................................. 23
Введение

Балки широко применяются в конструкциях гражданских, общественных и промышленных зданий, в балочных площадках, в междуэтажных перекрытиях, в мостах, эстакадах, в идее подкрановых балок производственных зданий, в конструкциях гидротехнических шлюзов и затворов и в других сооружениях.

Широкое распространение балок определяется простотой конструкции, простотой изготовления и надежностью в работе.

В данной курсовой работе по выданному заданию необходимо рассчитать балочную клетку нормального типа.

В металлических конструкциях широко применяются колонны или стержни, входящие в состав конструктивных комплексов и работающие на центральное сжатие.

Колонны передают нагрузку от вышележащей конструкции на фундаменты.

Колонна состоит из трех частей, определяемых их назначением:

а) оголовок, на который опирается вышележащая конструкция, нагружающая колонну;

б) стержень – основной конструктивный элемент, передающий нагрузку от оголовка к базе;

в) база колонны, передающая нагрузку от стержня на фундамент.

Колонны и сжатые стержни проектируют почти исключительно стальными. Применять алюминиевые сплавы в сжатых стержнях нерационально из-за плохой работы сплавов на продольный изгиб вследствие низкого модуля упругости.


Исходные данные

Пролет колонн в поперечном направлении – 18 м.

Шаг колонн в продольном направлении – 6 м.

Нормативная нагрузка – 10,8 кН/мІ.

Отметка верха настила - +12,8 м.

Материал фундамента – бетон В15.


§1. Разработка схемы балочной клетки

При проектировании конструкции балочного перекрытия, рабочей площадки цеха, проезжей части моста или другой аналогичной конструкции необходимо выбрать систему несущих балок, обычно называемую балочной клеткой.

В данной курсовой работе рассчитывается балочная клетка нормального типа, в которой нагрузка с настила передается на балки настила, которые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны. Балки настила принимаются прокатными. Сопряжение балок - этажное. Балки настила, поддерживающие настил, укладываются на главные балки. Это наиболее простой и удобный в монтажном отношении способ сопряжения балок, но требующий наибольшей строительной высоты.



В расчете балок настила по сортаменту металлических конструкций принимаем балку двутаврового сечения. Мерой эффективности балки как конструкции, работающей на изгиб, является отношение момента сопротивления к к площади сечения, равное ядровому расстоянию. Сравнение ядровых расстояний круглого, прямоугольного и двутаврового сечений показывает, что двутавровое сечение выгоднее прямоугольного в 2 раза и круглого в 3 раза, т.к.в этом сечении распределение материала наилучшим образом соответствует распределению нормальных напряжений от изгиба балки. Поэтому металлические балки конструируют главным образом двутаврового сечения, чему способствует хорошая работа металла на скалывание, позволяющая делать стенку балки достаточно тонкой.

Главные балки – сварные составного сечения. Такие балки применяются в случаях, когда прокатные балки не удовлетворят условиям прочности, жесткости, общей устойчивости, т.е. при больших пролетах и больших изгибающих моментах. Сечение сварных составных балок состоит из трех листов: вертикального – стенки и двух горизонтальных – полок, которые сваривают на заводе автоматической сваркой. Для экономии материала в составных балках изменяется сечение по длине в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. Упругопластическая работа материала в таких балках недопустима вследствие возможности образования нескольких шарниров пластичности в одном пролете.

В курсовой работе рассчитывается сквозная колонна, состоящая из двух швеллеров, связанных между собой решетками. Швеллеры в сварных колоннах выгоднее ставить полками внутрь, т.к. в этом случае решетки получаются меньшей ширины и лучше используется габарит колонны. Решетки обеспечивают совместную работу ветвей стержня колонны и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей. В данном случае применяются решетки безраскосного типа в виде планок. Планки создают в плоскости грани колонны безраскосную систему с жесткими узлами и элементами, работающими на изгиб, вследствие чего безраскосная решетка оказывается менее жесткой. Безраскосная решетка хорошо выглядит и является более простой.

Конструкция базы колонны должна отвечать принятому в расчетной схеме колонны способу сопряжения ее с основанием. При жестком сопряжении необходимо обеспечить сопряжение базы с фундаментом, не допускающее поворота. По конструктивному решению база принята с траверсой. Траверса воспринимает нагрузку со стержня колонны и передает ее на опорную плиту. Чтобы увеличить равномерную передачу давления с плиты на фундамент, жесткость плит увеличивают дополнительными ребрами между ветвями траверсы



§2. Расчет балки настила

2.1 Расчетная схема



2.2 Сбор нагрузок

Нормативную нагрузку находим по формуле (1):
qH б.н.= a·(qн + pн.) (1)
qH б.н.= 3·(10,8 + 2,5 ) = 39,9 кН/м2,
Расчетную нагрузку находим по формуле (2):
qр б.н. = a·(qH · ?2+ pн · ?1) (2)
qр б.н. = 3·(10,8 · 1,2 + 2,5 · 1,1) = 47,13 кН/м2
2.3 Статический расчет
Максимальный расчетный и нормативный изгибающий момент (в середине пролета) находим по формуле (3):

( 3)

Максимальный расчетный изгибающий момент:



Максимальный нормативный изгибающий момент:



Максимальный расчетную и нормативную поперечную силу (на опоре) находим по формуле (4):

(4)

Максимальная расчетная поперечная сила:

кН

Максимальная нормативная поперечная сила:

кН
2.4 Выбор материала
По таблице 50* СниП II – 23 – 81* для балок перекрытий, работающих при статических нагрузках, при отсутствии сварных соединений в условиях климатического района II5 выбираем сталь марки С245 (ГОСТ 27772 - 88).

Толщина полки двутавра ориентировочно tf = 2– 20 мм.

По таблице 51* СниП II – 23 – 81* для стали марки С245 при tf = 2 – 20 мм расчетное сопротивление по пределу текучести Ry = 24,5 кН/см2.
2.5 Подбор сечения
Требуемый момент сопротивления находим по формуле (5):

(5)



Коэффициент условий работы (таблица 6* СНиП II – 23 – 81*) ?c = 1,0.

принимаем двутавр 40 Б2 с параллельными гранями полок по ТУ 14–2–24-72.
2.6 Геометрические характеристики сечения



h = 396 мм

b = 165 мм

tw = 7,5 мм

tf = 11,5 мм

r = 21 мм

Масса 1м длинны = 54,7 кг

Jx = 18530 см4

Sx = 529,7 см3

Wx = 935,7 см3

A = 69,72 см2
2.7 Проверка принятого сечения
По прочности (I группа предельных состояний)

Условное нормальное напряжение при упругой работе балки (в пролете) Wey = Wx

находим по формуле (6):

(6)



Касательное напряжение на опоре при этажном сопряжении находим по формуле (7):

(7)

;

где Rs = 0,58·Ry=0,58·2450=1420кН/см2, ?c=1

Общая устойчивость (I группа предельных состояний) обеспечена настилом (при наличии

соответствующих конструктивных элементов, связывающих настил с балкой).

По деформативности при нормальных условиях эксплуатации (II группа предельных

состояний)




§3. Расчет главной балки

3.1 Расчетная схема



3.2 Сбор нагрузок
Нормативную нагрузку находим по формуле (8):
qн .=b·(qп+ qпл + qвтб) (8)
qн .= 6· (10,8 + 2,5 + 0,547) = 83,082 кН/м2,
Расчетную нагрузку находим по формуле (9):
qр б.н. = b·( ?1·qп+ ?2·qпл + ?3·qвтб) (9)
qр б.н. = 6·(1,2·10,8+ 1,1·2,5 + 1,1·0,547) = 97,87 кН/м2
3.3 Статический расчет
Максимальный расчетный и нормативный изгибающий момент (в середине пролета)

находим по формуле (3):

Максимальный расчетный изгибающий момент:



Максимальный нормативный изгибающий момент:



Максимальная расчетную поперечную силу (на опоре) находим по формуле (4):


3.4 Выбор материала
По таблице 50* СниП II – 23 – 81* для сварных балок перекрытий, работающих при статических нагрузках в условиях климатического района II5 выбираем сталь марки С245 (ГОСТ 27772 - 88).

Толщина полки двутавра ориентировочно tf = 2 – 20 мм.

По таблице 51* СниП II – 23 – 81* для стали марки С245 при tf = 2 – 20 мм расчетное сопротивление материала пояса по пределу текучести Ry = 24,5 кН/м2.
3.5 Подбор основного сечения
Расчет ведем без учета пластических деформаций

Требуемый момент сопротивления сечения находим по формуле (10):

(10)


Минимальную высоту балки находим по формуле (11):

(11)

см

где (по таблице 40 СНиП II – 23 – 81*),

Толщина стенки будет равна:

при

, принимаем толщину стенки

Оптимальную высоту балки найдем по формуле (12):

(12)





.
Принимаем
3.6 Проверка принятой толщины стенки на срез

, т.е условие выполнено.
3.7 Определение условной гибкость стенки

Определим условную гибкость по формуле (13):

(12)




Требуемую площадь пояса находим по формуле (13):

(13)


Задаем толщину полки tf = 3 см, тогда ширину пояса найдем по формуле (14):

(14)

принимаем

Высоту стенки найдем по формуле (15):

(15)


Окончательные размеры основного сечения будут равны:
Стенка tw·h = 1,3 · 104 = 135 см2

Пояс tf · bf = 3 · 42 = 126 см2 > Aтрf = 123,25 см2
Проверка прочности основного сечения по нормальным напряжениям в месте действия максимального момента требует выполнения условий:









3.8 Изменение сечения балки по длине
Сечение балки изменяют в целях экономии металла. Рациональное место изменения сечения это расстояние 1/6 от опор.


В месте изменения сечения изгибающий момент и поперечная сила вычислим по формуле (16),(17):

(16)


(17)


Требуемый момент сопротивления измененного сечения находим по формуле (18):

, (18)

где,



Требуемую площадь пояса найдем по формуле (19):

(19)



Площадь сечения балки найдем по формуле (20):

(20)


Момент инерции сечения находим по формуле (21):

(21)


Момент сопротивления находим по формуле (22):

(22)


Наибольшее нормальное напряжение в балке находим по формуле (23):

(23)




Проверку прочности измененного сечения по касательным напряжениям на опоре производим из условия (24):

, (24)
где - статический момент полусечения балки, который находится по формуле (25).

(25)




3.9 Проверки местной устойчивости

3.9.1 Проверка местной устойчивости пояса
,

где bef – величина неокаймленого свеса

В нашем случае



6,78 < 13,17

т.е. устойчивость пояса обеспечена.
3.9.2 Проверка местной устойчивости стенки
Расстановка ребер жесткости

При

т.е. ребра ставим конструктивно и устойчивость стенок балок проверять не требуется.


3.10 Расчет опорных ребер
3.10.1 Конструирование и расчет опорной части балки

Принимаем сопряжение балки с колонной примыканием сбоку. Конец балки укрепляем опорными ребрами. Опорное ребро жесткости крепится сварными швами к стенке балки. Нижний торец опорного ребра балки остроган для непосредственной передачи давления на колонну.

Определим площадь сечения ребра на смятие торцевой поверхности:


Опорное ребро ГБ, с частью

стенки включенной в работу.
Принимаем сопряжение балки с колонной примыканием сбоку. Конец балки укрепляем опорными ребрами. Опорное ребро жесткости крепится сварными швами к стенке балки. Нижний торец опорного ребра балки остроган для непосредственной передачи давления на колонну.

Определим площадь сечения ребра на смятие торцевой поверхности:
3.10.2 Определение размеров площади смятия торцевой поверхности опорного ребра
Требуемую площадь торцевой поверхности находим по формуле (26):

(26)



Принимаем ширину ребра 25 см => 27,53/25=1,1 см.

Принимаем 15мм.

Уточним площадь сечения ребра:

= 1,5·25 = 37,5 см2

Выступающую часть ребра принимаем a=20 мм.

Проверка ребра на устойчивость:

Ширина участка стенки, включенной в работу опорной стойки, определяется из (27):

(27)



Полную площадь по формуле (28):

(28)



Момент инерции по формуле (29):

(29)



Радиус инерции сечения ребра найдем из формулы (30):

(30)

,

Гибкость ребра ,=> =0,983(СНиП II-23-81*,табл.72)
Проверяем условие (31):

(31)




4.1 Расчетная схема, определение нагрузки, статический расчет
Расчетная схема колонны


Грузовая площадь перекрытия, приходящаяся на колонну, будет равна:



Расчетные нагрузки составляют:



где, 






Расчетная длина:









4.2. Подбор сечения и проверка устойчивости колонны

4.2.1 Определение сечения ветвей
Принимаем сквозную колонну из двух прокатных швеллеров, соединенных планками.

По таблице 50* СниП II – 23 – 81* для колонны К1, относящейся к 3-й группе конструкций, принимаем сталь марки С245 (ГОСТ 27772 - 88). По таблице 51* СниП II – 23 – 81* для фасонного проката из стали марки С245 при толщине 2 – 20 мм расчетное сопротивление материала пояса по пределу текучести Ry = 24,5кН/см2. Так как ослабления в колонне отсутствуют (Ан = А), расчет на прочность не требуется; определяющим является расчет на устойчивость.

Находим сечения ветвей из расчета на устойчивость.

Задаемся гибкостью . Тогда . Требуемая площадь сечения одного швеллера определяем по формуле (33):

, (33)

где, ?с = 1



По сортаменту принимаем двутавр №35К2



Геометрические характеристики:

АВ = 160,4 см2;

ix = 15,2 см;

b f = 35 см;

Iy = 12510 см4;

iy = 8,83 см;

tw = 1,1 см;

tf = 1,75 см
4.2.2 Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси X-X

Гибкость определим по формуле (35):

(35)

,

где 120 – предельное значение гибкости

Проверка устойчивости колонны относительно оси Х:

Напряжения вычислим по формуле (36):

(36)


Проверим условие (37):

(37)


Требуемое расстояние между осями ветви найдем по формуле (38):

(38)

принимаем by = 40см.

Принимаем расстояние между швеллерами b = 5см

Установление размеров планок

см

Принимаем dпл = 25см.

Длина планки bпл

см

Принимаем t = 1см

Проверка устойчивости относительно свободной оси Y:

Момент и радиус инерции найдем из (39),(40):

(39)



(40)





Принимаю



Проверка устойчивости колонны относительно свободных осей:

Проверяем условие (36):





4.3 Расчет планок

, (41)

где, А – площадь сечения планки;

Е – модуль упругости стали;

Ry – расчетное сопротивление стали;

;



;


Поперечную силу, действующую в креплении планки найдем по формуле (42):

(42)



Момент, изгибающий планку в ее плоскости найдем по (43):

(43)



Равнодействующее напряжение проверим для условия (44):
(44)
где, - нормальные напряжения от изгиба шва (45);

- касательные напряжения от среза шва (46);

- расчетное сопротивление сварного соединения;

- коэффициент, зависящий от вида сварки и электродов;

- коэффициент условий работы.
(45)



(46)




Принимаем сквозную колонну из двух двутавров, соединенных планками.



4.4 Расчет базы колонны

4.4.1 Определение размеров плиты в плане
Расчетное сопротивление смятию бетона фундамента найдем по формуле (47):
(47)

Принимаем

Призменная прочность бетона М150 Rс = 70 кг/см2


Требуемую площадь плиты определим из (48):

(48)

Суммарная сосредоточенная сила от веса всех конструкций:











Ширина плиты принимается конструктивно

Принимаем свес консоли не менее 14мм с=5см

см. Принимаем

где, =1см - толщина траверсы;

- ширина колонны.

Требуемая длина плиты будет равна:

см. Принимаем


4.4.2 Определение толщины плиты

Определяем напряжения в базе колонны по формуле (49):

(49)

кН/см2
Максимальные моменты для отдельных участков плиты:

Плита работает как консоль



По таблице 50* СниП II – 23 – 81* для плиты принимаем сталь С235 (ГОСТ 27772-88).

По таблице 51* СниП II – 23 – 81* для проката из стали С235 (ГОСТ 27772-88). при толщине t = 20 – 40 мм расчетное сопротивление материала по пределу текучести Ry = 22,5 кН/см2.

Плита работает как пластина опертая по 3-м сторонам

,

Плита работает как пластинка, опертая по контуру



где ? – коэффициент, зависящий от отношения более длинной стороны участка «а1» к более короткой «в1».

a1/b1 = 31,1/19,45= 1,6
Требуемую толщину плиты находим по формуле (50):

(50)

см.
4.4.3 Расчет траверсы
Требуемая высота траверсы при Kf = 1,0 см < 1,2 * tтрав = 1,2*1,0 = 1,2 см.

Определим по формуле (51) нагрузку, которая действует на траверсу:

(51)



Проверяем условие (52):

(52)

где, qтр – нагрузка, которая действует на траверсу;

L – длина опорной плиты;

n=4 – количество сторон сварки;

?f=0,7 – коэффициент, зависящий от вида сварки;

Kf=0,4 – толщина шва сварного соединения;

Rwf – расчетное сопротивление сварного соединения;

?wf – коэффициент условие работы сварного соединения, зависящий от вида сварки;

?c – коэффициент условия работы.


Принимаем hтрав = 180см

Изгибающий момент и поперечная сила в месте приварки к колонне будет равен (53):

(53)



Момент сопротивления сечения листа найдем по формуле (54):

(54)

см3

Проверка условия (55) по прочности:

(55)

;
Принятая конструкция базы





Список используемой литературы:


  1. СНиП -23-81*. Стальные конструкции/ Госстрой СССР.- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990.-96с.

  2. Примеры расчета металлических конструкций: Учеб. Пособие для техникумов.-2-еизд., перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1991.-431с.: ил.

  3. Металлические конструкции. Общий курс.: Учебник для вузов/ Е.И.Беленя, В.А. Балдин и др. ; Под общей ред. Е. И. Беленя. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат , 1986. – 560с., ил.

  4. Учебное пособие. Конструирование и расчёт балочной площадки промышленного здания. – Шагивалеев К. Ф., Айгумов М.М. – Саратов: СГТУ, 2004. – 51с.





Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации