Курсовая работа - Балочная клетка - файл n2.doc

Курсовая работа - Балочная клетка
скачать (425.6 kb.)
Доступные файлы (3):
n1.xlsxскачать
n2.doc1343kb.19.01.2012 10:59скачать
n3.dwg

n2.doc

Составление вариантов

1 вариант: b=4.25 a=1.5(4,3)

2 вариант: b=3.4 a=0.9(5,5)

3 вариант: b=4.25 a=1.125(4,4)

1.Расчет настила.

Листы настила крепятся к верхним полкам балок настила при помощи сварки угловыми швами катетом не менее 4 мм.Для удобства сварки ширина листа должна быть на 15-20 мм меньше шага балок настила. Для определения толщины настила вычисляют отношение пролета настила lн к его толщине tн по формуле:


E1=E/(1-v2)=2.06*108/(1-0.32)= 1,8746*108

1)tн=4,2/84=50мм

2) tн=3,4/84=40мм

3) tн=4,2/84=50мм

Сварные швы, прикрепляющие настил к балкам, рассчитываются на растягивающее усилие H, приходящееся на 1 погонный см длины шва


1)H=1.05*3.142/(4*1502)*1,8746*104*5=1072,6

2) H=1.05*3.142/(4*1502)*1,8746*104*4=868,3

3) H=1.05*3.142/(4*1502)*1,8746*104*5=1072,6

Расчетная толщина углового шва, прикрепляющего настил к полкам балок настила, определяется из формул:





Где ?c-коэффициент условия работы конструкции принимаемый по таблице 6*(1), принимаемый равным 1.

lw=1см -длина шва

?wz и ? wfкоэффициенты условий работы шва, равные 1.

Rwz Rwf-расчетные сопротивления угловых швов, принимаемые по табл.56(1), принимаемые равными 4200 и 1850 кгс/см2 соответственно.

Выбрала тип электрода-Э42А,марка сварочной проволоки-СВ-08, сварка автоматическая в лодочку, швы выполнены двусторонние

Тогда по табл.38 для

1)минимальные катеты швов-9мм

2) минимальные катеты швов-8мм

3) минимальные катеты швов-9мм

По таб.34 определяем ?f=1 ?z=1,15

Тогда расчетная толщина углового шва

1)





Принимаем толщину для 1) И 3) вариантов 

2)


Принимаем толщину для 2) варианта 

2.Расчет балок настила.
Настил непрерывно опирается на полки балок настила, следовательно, балки настила находятся под воздействием равномерно распределенной нагрузки. Погонная равномерно распределенная нагрузка вычисляется как произведение полной нагрузки на 1 м2 перекрываемой площади на ширину а грузовой площади балки.

Для балок настила применяют прокатные двутавры. При расчете прокатных балок влиянием их собственного веса можно пренебречь вследствие его малого значения. Максимальный расчетный изгибающий момент определяется по формуле



Для 1 варианта Мmax=24*4,2/8=12,60

Для 2 варианта Мmax=24*3,40/8=16,32

Для 3 варианта Мmax=24*4,20/8=12,60
Затем определяется требуемый момент сопротивления балки настила, с учетом развития пластических деформаций:


Для 1 варианта Wmp=12,60/(1.2*230*1,1)=41,5см3

Для 2 вариант Wmp=16,32/(1.2*230*1,1)=53,7 см3

Для 2 вариант Wmp=12,60/(1.2*230*1,1)=41,5 см3

По найденному Wmp по сортаменту проката подбирается ближайший больший номер двутаврового профиля. Затем, используя уже действительную геометрическую характеристику W , определяем фактическое напряжение в балке:



Для 1 варианта двутавр профиля 30
=252505

Для 2 варианта двутавр профиля33
272454

Для 3 варианта двутавр профиля30

=252505
Проверка жесткости балки сводится к определению относительного прогиба ее [f/l] и сравнению его с предельно допустимым значением [f/l] = 1/250, т.е.

(1)

где lбн- пролет балки, см;

qн- нормативная погонная нагрузка, кН/см;

Е - модуль упругости стали (Е = 2,06*104 кН/см2);

Iх - момент инерции сечения балки, см4.

Для 1 варианта


Для 2 варианта


Для 3 варианта



Относительный прогиб балки оказывается больше предельного, принимаем номер двутавра и снова сделать проверку жесткости по формуле . Так как сжатые пояса балок закреплены в горизонтальной плоскости сплошным настилом, то проверка их общей устойчивости не требуется [1].

3. Расчет вспомогательных балок.

Нагрузка с балок настила передается на вспомогательные балки в виде сосредоточенных сил. Величина сосредоточенной силы F равна сумме опорных реакций двух балок настила. При частом расположении балок настила (4 и более) с целью упрощения расчета вспомогательных балок сосредоточенные силы заменяются эквивалентной равномерно распределенной нагрузкой, вычисляемой по формуле



Погонную равномерно распределенную нагрузку можно также определить как произведение полной нагрузки на 1 м2 на ширину соответствующей вспомогательной балке грузовой площади, т.е.

qбн=q*lбн

Для вариантов:

  1. qбн=24*1,5=36

  2. qбн=24*0,9=21,6

  3. qбн=24*1,125=27

Для вспомогательных балок применяют прокатные двутавры. Определим расчетные усилия, подбор сечения, проверку прочности и проверку жесткости вспомогательной балки.

Максимальный расчетный изгибающий момент определяется по формуле



Для 1 варианта Мmax=36/8=4,5

Для 2 варианта Мmax=21,6/8=2,7

Для 3 варианта Мmax=27/8=3,375
Затем определяется требуемый момент сопротивления балки настила, с учетом развития пластических деформаций:


Для 1 варианта Wmp=4,5/(1.2*230*1,1)=148,22см3

Для 2 вариант Wmp=2,7/(1.2*230*1,1)=88,9 см3

Для 3 вариант Wmp=3,375/(1.2*230*1,1)=111,12 см3

По найденному Wmp по сортаменту проката подбирается ближайший больший номер двутаврового профиля. Затем, используя уже действительную геометрическую характеристику W , определяем фактическое напряжение в балке:



Для 1 варианта двутавр профиля 50
=30000

Для 2 варианта двутавр профиля45
26733

Для 3 варианта двутавр профиля 50

=27664
Проверка жесткости балки сводится к определению относительного прогиба ее [f/l] и сравнению его с предельно допустимым значением [f/l] = 1/250, т.е.



где lбн- пролет балки, см;

qн- нормативная погонная нагрузка, кН/см;

Е - модуль упругости стали (Е = 2,06*104 кН/см2);

Iх - момент инерции сечения балки, см4.

Для 1 варианта


Для 2 варианта


Для 3 варианта

При приложении сосредоточенной нагрузки через полку вспомогательной балки в месте, не укрепленном поперечным ребром, стенка балки должна быть проверена на прочность от местного давления по формуле:



где -Fбн расчетная сосредоточенная нагрузка;

t - толщина стенки вспомогательной балки;

lbf - условная длина распределения нагрузки, равная lbf =b + 2tbf,

где b - длина нагружаемой части балки (ширина полки балки настила);

tbf - расстояние от наружной грани полки до начала внутреннего закругления стенки (в прокатных балках).

Для вариантов:

1)=18909 где lbf =(170+2*15,2)*10-3=0,2004

2)=13331 где lbf =(160+2*14,2)*10-3=0,1884

3)=14182 где lbf =(170+2*15,2)*10-3=0,2004
В случае сосредоточенной нагрузки эта проверка выполняется по формуле



Для вариантов:

1)


2)

3)



?с =0,95 коэффициент надежности по нагрузке для полезной нагрузи.

Проверка общей устойчивости балки не требуется, если отношение расчетной длины балки l,f (расстояние между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений) к ширине сжатого пояса b не превысит значения, определяемого по формуле



где h - расстояние между осями поясов;

b и t— соответственно ширина и толщина сжатого пояса; если

b/t < 15, то следует принимать b/t = 15. Если это условие не выполняется, то проверку устойчивости следует выполнять по формуле

Для вариантов:

1)


2)


3)



Выбор наиболее выгодного варианта.

Сведем все вычисления в таблицу:


Наименование элементов

1-й вариант

1-й вариант

1-й вариант

Расход стали кг/м2

Кол-во балок

шт.

Расход стали кг/м2

Кол-во балок

шт.

Расход стали кг/м2

Кол-во балок

шт.

Стальной настил

392.5




314




392.5




Балки настила

8,11

4

9,38

5

155,125

4

Вспомогательные балки

4,52

3

3,84

5

86,4

4

Итого

405.13

7

327,22

10

405.13

8


Таким образом выбираем вариант №2.

4. Расчет главной балки.

4.1. Компоновка и подбор сечения балки

Главная балка рассчитывается как однопролетная разрезная балка, нагруженная сосредоточенными силами. Величина сосредоточенной силы определяется как произведение полной нагрузки на 1м2 перекрытия на площадь, равную произведению шага второстепенных балок b на расстояние между главными балками. Для моего варианта сосредоточенная сила =24*4,5=108

Максимальный расчетный изгибающий момент мтах и максимальная поперечная сила qmai определяются с учетом собственного веса главной балки, который учитывается умножением расчетных значений момента и поперечной силы на коэффициент а. В зависимости от пролета и величины нагрузки а принимается в пределах от 1,02 до 1,06. Таким образом, окончательные расчетные значения момента и поперечной силы будут равны

 

Требуемый момент сопротивления определяется по формуле


629cm3


Обычно Wmp превышает момент сопротивления наибольшего прокатного профиля двутавра. Поэтому главная балка проектируется составного сечения, причем, как правило, сварного. Наилучшим типом сварной балки является балка двутаврового сечения, состоящая из трех листов: стенки и двух поясов.

При подборе сечения в первую очередь необходимо установить основной размер - высоту балки, от которой зависят все остальные размеры сечения.

Наименьшая допустимая высота балки определяется из условия ее жесткости по формуле

составного сечения, причем, как правило, сварного. Наилучшим типом сварной балки является балка двутаврового сечения, состоящая из трех листов: стенки и двух поясов .

При подборе сечения в первую очередь необходимо установить основной размер - высоту балки, от которой зависят все остальные размеры сечения.

Наименьшая допустимая высота балки определяется из условия ее жесткости по формуле

27.2

Оптимальная высота балки, соответствующая наименьшему расходу стали, вычисляется по формуле:



tw - толщина стенки, предварительно вычисленная по эмпири­ческой формуле

tw= 7 + Зh/1000 (мм)=8;

h-большая из величин, полученных

h = (1/7 -1/10)L=1/10*3400=340 мм.

Высоту балки следует назначать в пределах между hmin и honm, но не менее hmin. При этом высоту балки необходимо согласовывать с размерами прокатной листовой стали. Назначаем высоту балки равную 360 мм.

После назначения высоты h6 определяется минимальная толщина стенки tw. Из условия среза (без учета работы поясов) tw определяется по формуле:



Рекомендуемые соотношения между высотой балки и толщиной стенки приведены в табл. 7.2 (3]. Чтобы обеспечить местную устойчивость стенки без дополнительного

укрепления ее продольными ребрами, необходимо иметь  < 5,5, тогда





После назначения высоты и толщины стенки приступают к подбору сечения поясов балки. Размеры поясов находятся исходя из необходимой несущей способности балки. Для этого вычисляют требуемый момент инерции сечения балки:



Учитывая, что момент инерции стенки равен

, определяем требуемый момент инерции поясных листов:



Находим требуемую площадь сечения одного пояса


По найденной площади пояса определяют его размеры: bcf и tf.

Для обеспечения устойчивости сжатого пояса балки отношение ширины свеса bcf к толщине tf должно удовлетворять условию





Ширину поясов обычно принимают равной (l/2-l/5)hгб=7.2см, по конструктивным соображениям ширину пояса не следует принимать меньше 180 мм или h6/10=36мм. Толщина поясных листов сварной балки принимается не более (2-3)tw=24мм. Задавшись шириной пояса bf, находим tf=Af/bf=2.2см. Затем по сортаменту выбирают подходящий листовой прокат-№ профиля 36

4.2. Проверка прочности балки

Для проверки прочности составной балки определяются геометрические характеристики сечения: момент инерции IХ, момент сопротивления wx статический момент полусечения Sx.


=619cm2

=777
Наибольшее нормальное напряжение в балке вычисляем по формуле




При перенапряжении, т.е. если условие не выполняется, сечение главной балки следует увеличить. При недонапряжении более 5 %, т.е. когда - o)/Ryyc > 0,05, сечение балки необходимо уменьшить. Изменение сечения рекомендуется осуществлять путем изменения ширины поясов, принимая по сортаменту лист с ближайшим по ширине размером.

Наибольшие касательные напряжения вычисляются по формуле Журавского

 

Если это условие не выполняется, то следует увеличить толщину стенки, не изменяя сечения всей балки.

Проверка общей устойчивости главной балки осуществляется так же, как и вспомогательной/

Проверка жесткости балки не производится, так как она обеспечена принятой высотой сечения (см. формулу (18)).

4.3. Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов сечения главной балки/

Так как соотношение свеса пояса к его толщине соответствует условию (26), то местная устойчивость сжатого пояса обеспечена.



1.3

Условие не выполняется это доказывает, что местная устойчивость сжатого пояса обеспечена.

6.4. Расчет соединения поясов балки со стенкой

Соединение поясов составной балки со стенкой осуществляется в сварных балках поясными швами. Поясные швы предотвращают сдвиг поясов относительно стенки балки, что превращает все сечение в монолитно работающее.

Полки составных сварных балок соединяют со стенкой на заводе автоматической сваркой. Сдвигающая сила на единицу длины:



Для стали С235 по табл. 55* СНиП II-23-81* принимаем проволоку Св-08А.

Определим требуемую высоту катета Кf поясного шва "в лодочку".

6.4.1Расчет по металлу шва.

Коэффициент глубины провара шва f =1,1 СНиП II-23-81*, табл.34)

Коэффициент условия работы  wf = 1 СНиП II-23-81*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R wf =180 МПаСНиП II-23-81*, табл.56)

fwf R wf = 1,1 118= 19,8 кН/см2

6.4.2.Расчет по металлу границы сплавления.

Коэффициент глубины провара шва z =1,15 СНиП II-23-81*, табл.34)

Коэффициент условия работы wz = 1 СНиП II-23-81*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R wz =0,45 R un = 0,45 410 = 220,5 МПа

zwz R wz = 1,1522,051 = 18,45кН/см2

Сравнивания полученные величины, находим

  w R w)min = 18,45 кН/см2

Высота катета поясного шва должна быть не менее

=>



По толщине наиболее толстого из свариваемых элементов tf = 22мм) по табл. 38 СНиП II-23-81*, принимаем kf = 6 мм. 6.3. Расчет болтового соединения вспомогательной балки с главной.

6,5.Сопряжение вспомогательной балки с главной производится через рёбра жёсткости.

Опорная реакция вспомогательной балки равна:



Принимаем болты нормальной точности, класс по прочности – 10,9, диаметром 20 мм. Расчетное сопротивление срезу болтов для принятого класса прочности Rbs = 400 Мпа.

Расчетные усилия, которые может выдержать один болт работающий на срез:

Nb = RbsbAns,

где Rbs = 400 МПа,

b = 1 – коэффициент условия работы,

ns = 1 – число срезов болта.



Рис.26. Схема сопряжения вспомогательной балки с главной.

А = d2/4 = 3,142,02/4 = 3,14см2 – расчетная площадь сечения болта

Nb = 40 1 3,14 = 125,6 кН.

Требуемое количество болтов в соединении



Т.к. высота вспомогательной балки 550 мм, то получаем по расчету (550-160)/4=97,5мм.

Размещаем болты в соответствии с табл. 39 СНиП II-23-81*.

5 КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ КОЛОННЫ

51. Общие сведения

Колонна служит для передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций на фундаменты.

Расчет колонны начинается с определения нагрузки. Продольная сила определяется по формуле:



Принимаем собственный вес колонны 5 кН. Тогда N=2089,41359+5=2094,4136 кН.

При опирании балок на колонну сверху, колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхнем конце.

Соединение с фундаментом легких колонн в расчете примем жестким. Поэтому длина колонны определяется при = 0,7:

lef = L = 0,7 4 м = 2,8 м.

Принимаем сталь С235 (т.к. III гр. по табл. 50 СНиП II-23-81*.).

Ry=230 МПа.

2.3.2. Подбор сечения колонны.

Задаёмся гибкостью колонны 50, из условия устойчивости определяем требуемую площадь одной ветви. Коэффициент продольного изгиба определяется по

СНиП II-23-81*, .Определим требуемую площадь

сечения и радиус инерции:



Определяем требуемую ширину сечения:

; ;

; для двутаврового сечения 1=0,43; 2=0,24

.

Высоту сечения принимаем по конструктивным соображениям. Высота сечения принимается не менее (1/15 – 1/20) высоты колонны и так чтобы .

.

Принимаем h=0,22 м; b=0,22 м.

Принимаем сечение полки 2·22·2,1=88 см2, стенки 1·18·1,2=21,6 см2.Тогда площадь А=92,16+21,6=113,76 см2.

Проверяем напряжения по подобранному сечению:



Подобранное сечение удовлетворяет требованиям общей устойчивости. Проверим местную устойчивость стенки:



Проверим местную устойчивость полки:



Определяем фактические геометрические характеристики.





;

.



По наибольшей гибкости определяем коэффициент продольного изгиба

?=0,864845. При этом наибольшая гибкость не должна превышать предельной гибкости для сжатых элементов: ?пред=180-60?.



48,9<124,6.

Проверим устойчивость колонны:





21,28<21,9

Проверим на недонапряжение:



недонапряжение составляет 5 % что удовлетворяет техническим требованиям.

Толщину угловых швов принимаем конструктивно кf=6 мм, т.к. наибольшая толщина элемента 21 мм.

5.2 Расчет базы колонны.

Класс бетона фундамента В15.

Rb=8,5 МПа; ?=1,2;

Определим вес колонны:

Р=mg; m=A?h=0,011376·7850·4=357,22 кг.

Р=357,22·9,8=3393,6 Н=3,39 кН.

N=2081,31+3,39=2084,7 кН.

Определим требуемую площадь плиты:



Ширина базы с траверсами:

Вплтр+2tтр+2с

Втр=220 мм;

tтр=12мм;

с=50 мм.

Впл=22+2·1,4+2·4=34,8 см.

Принимаем ширину базы 360 мм.

Длина плиты:

Апл=36·58=2088см2.
Расчет толщины плиты базы.

Выделим три участка плиты с характерными схемами закрепления.

Изгибающие моменты в плите на участках:

на участке с опиранием на четыре канта,

в = 178мм; а=104 мм

Отношение сторон 178/104=1,75, отсюда ? = 0,091

М1= ?qа2;

q=2084/2088=0,99 кН/см

М1 = 0,091  0,99  10,42 = 9,82 кН·см.

на консольном участке

М2 = qc2/2; с = 5 мм; М2 = 0,99·5·5/2=12,48 кН·см.

на участке с опиранием на три канта

М3= ?qа12

а1=220 мм, в1=176 мм.

Отношение сторон 220/176=1,25<2

176/220=0,8 =>?=0,097

М3 = 0,097  0,99  222 = 46,87 кНсм

По наибольшему моменту на участке Мmax = 46,87 кНсм

Определим требуемую толщину плиты:

, где С = 1,0

Принимаем .

Таким образом, с запасом прочности усилие в колонне полностью передается на траверсы, не учитывая прикрепления торца колонны к плите.

Нагрузка со стержня колонны передается на траверсы через сварные швы, длина которых и определяет высоту траверсы. Крепление траверс к колонне производим сваркой.



Для стали С235 по табл. 55* СНиП II-23-81* принимаем электроды Э-46.

Определим требуемую высоту катета Кf поясного шва "в лодочку".

Катет шва принимаем k=8 мм (СНиП II-23-81*, табл.38).

  1. Расчет по металлу шва.

Коэффициент глубины провара шва f =0,9 (СНиП II-23-81*, табл.34)

Коэффициент условия работы  wf = 1 (СНиП II-23-81*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R wf =220 МПа

fwf R wf = 0,9 122 = 19,8 кН/см2.

2. Расчет по металлу границы сплавления.

Коэффициент глубины провара шва z =1,05 (СНиП II-23-81*, табл.34)

Коэффициент условия работы  wz = 1 (СНиП II-23-81*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R wz =0,45 R un = 0,45 360 = 162 МПа

zwz R wz = 1,05 116,2 = 17,01кН/см2

Сравнивания полученные величины, находим

(  w R w)min = 17,01 кН/см2

85·0,9·0,8=61,2 см

.

38,29<61,2

Принимаем высоту траверсы 400 мм.

Крепление базы к фундаменту.

  1. При жестком сопряжении колонны с фундаментом необходимы анкерные болты для фиксации проектного положения колонны и закрепления ее в процессе монтажа. Принимаем четыре анкерных болта диаметром d = 24 мм.



5.3. Расчет оголовка колонны.



Рис.31.

Определим размеры столика, привариваемого к колонне для крепления главной балки сбоку.

Определим требуемую высоту катета Кf.

Катет шва принимаем k=8 мм (СНиП II-23-81*, табл.38)

  1. Расчет по металлу шва.

Коэффициент глубины провара шва f =0,9 (СНиП II-23-81*, табл.34)

Коэффициент условия работы  wf = 1 (СНиП II-23-81*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R wf =220 МПа

fwf R wf = 0,9 122 = 19,8 кН/см2.

2. Расчет по металлу границы сплавления.

Коэффициент глубины провара шва z =1,05 (СНиП II-23-81*, табл.34)

Коэффициент условия работы  wz = 1 (СНиП II-23-81*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R wz =0,45 R un = 0,45 360 = 162 МПа

zwz R wz = 1,05 116,2 = 17,01кН/см2

Сравнивания полученные величины, находим

(  w R w)min = 17,01 кН/см2

Примем ширину столика 200 мм из конструктивных соображений. Найдем длину шва:







Принимаем высоту столика 120 мм.


Рис.32.
Определим размеры столика, привариваемого к колонне для крепления вспомогательной балки.

Катет шва принимаем k=6 мм (СНиП II-23-81*, табл.38)

  1. Расчет по металлу шва.

Коэффициент глубины провара шва f =0,9 (СНиП II-23-81*, табл.34)

Коэффициент условия работы  wf = 1 (СНиП II-23-81*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R wf =220 МПа

fwf R wf = 0,9 122 = 19,8 кН/см2.

2. Расчет по металлу границы сплавления.

Коэффициент глубины провара шва z =1,05 (СНиП II-23-81*, табл.34)

Коэффициент условия работы  wz = 1 (СНиП II-23-81*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R wz =0,45 R un = 0,45 360 = 162 МПа

zwz R wz = 1,05 116,2 = 17,01кН/см2

Сравнивания полученные величины, находим

(  w R w)min = 17,01 кН/см2

Примем ширину столика 184 мм. Найдем длину шва:







Принимаем уголок 200х125х12 мм.
6. Список используемой литературы.

1. Шагивалеев К.Ф., Айгумов М.М. Конструирование и расчет балочной площадки промышленного здания: Учебное пособие. -Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т,2004.-51 с.

2. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов/Под общ. ред. Е.И. Беленя. – М.: Стройиздат, 1985 – 560 с.

3. СНиП II-23-81*.Стальные конструкции/Госстрой России. – М.:ЦИТП Госстроя России, 1998 –96 с.

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