Конструирование и расчет балочной клетки перекрытия

Перекрытия и колонны»

 

Курсовой проект

 

по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку»

 

Руководитель

д.т.н., профессор

Александров А.А.

 «__»___________2017 г.

 

 

Выполнил

студент группы ПГСб–14Z5

________________________

Шифр: ПГСб-____________

«__»___________2017 г.

 

 

ОМСК-2017 г.

 

Содержание

 

1. Исходные данные                                                                                 3

2. Конструирование и расчет балочной клетки перекрытия                 4

2.1. Компоновка перекрытия                                                            4

2.2. Второстепенная балка перекрытия                                            4

2.2.1. Конструктивная и расчетная схемы                                        4

2.2.2. Подбор поперечного сечения из условия прочности                     5

2.2.3. Проверка условия жескости балки                                        7

2.3. Главная балка перекрытия                                                         7

2.3.1. Конструктивная и расчетная схемы                                       7

2.3.2. Подбор поперечного сечения                                              9

2.3.3. Проверка прочности сечения по нормальным напряжениям 11

2.3.4. Конструирование балки переменного сечения. Построение эпюры материалов                                                                              12

2.3.5. Проверка прочности уменьшенного сечения балки по касательным напряжениям                                                                           13

2.3.6. Проверка прочности по приведенным напряжениям                     15

2.3.7. Проверка прочности сварных швов                                      16

2.3.8. Проверка устойчивости балки                                               16

2.3.9. Расчет опорного ребра главной балки                                  18

2.3.10. Расчет и конструирование монтажного стыка                19

2.4. Центрально-сжатая колонна                                                 24

2.4.1. Конструктивная и расчетная схемы                         24

2.4.2. Определение расчетной нагрузки на колонну                                24

2.4.3. Определение размеров поперечного сечения колонны        25

2.4.4. Проверка общей устойчивости колонны относительно оси X 26

2.4.5. Проверка местной устойчивости элементов колонны           27

2.4.6. База колонны с траверсами                                                             28

       Библиографический список                                                        34

Графический раздел (4 листа А3)                                                         

 

 

 

                                                      

 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Разработать конструкцию стального варианта балочной клетки многоэтажного производственного здания согласно шифра 409 задания.

1.1. Материал несущих конструкций балочной клетки – сталь С235;

1.2. Бетон фундамента – В12.5;

1.3. Настил – из сборных ж/б (нетиповых) плит толщиной 0,3м (вместе с конструкцией пола);

1.4. Размеры  балочной клетки ;

1.5. Нормативная нагрузка на междуэтажное перекрытие:

- постоянная ;

- временная

1.6. Расчетная нагрузка от чердачного перекрытия:

1.7. Нормативная нагрузка от веса покрытия и кровли:

1.8. Число этажей:

1.9. Высота этажа (от пола до низа главной балки):

1.10. Район строительства – 4;

1.11. Высота межэтажного перекрытия h_к=1,6м.

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ ПЕРЕКРЫТИЯ

Компоновка перекрытия

Рисунок 1. Общая схема

 

Размеры ячейки L ₁ (вдоль главной балки) и L ₂ (вдоль второстепенной балки) принимаем согласно шифру задания. Шаг второстепенных балок принимаем в пределах а=2000-5000мм, и он должен целое число n раз укладываться по длине L ₁ (L ₁ = n · a).

а=10,4/4=2,6м.

 

Второстепенная балка перекрытия

Конструктивная и расчетная схемы

Конструктивная и расчетная схемы второстепенной балки представлены на рисунке 2.

Расчетный пролет второстепенной балки

,

где в_пгб ≈

 

Рисунок 2. Конструктивная и расчетная схема второстепенной балки

 

 

Главная балка перекрытия

Подбор поперечного сечения

Поперечное сечение главной балки принимается составное сварное двутавровое, симметричное относительно двух осей.

 

Определение высоты балки

1. Определение минимальной высоты балки из условия жесткости:

                                                    (5)

где  – среднее значение коэффициента надежности по материалу,

  ≈ 1,15;

 – предельно допустимая величина относительного прогиба главной балки,   = - прил. 2 [4];

 

2. Определение оптимальной высоты балки из условия прочности:

                             ,                             (6)

где t_ст – толщина стенки;

W_{тр г.б.} – требуемый момент сопротивления главной балки,

                              ,                                   (7)

где R_y – расчетное сопротивление материала балки по пределу текучести C235 ГОСТ 27772-88 [1, табл. 50*], R_y = 23 кН/см² - табл. 51* [1];

g_c – коэффициент условий работы, g_c=1,0 -табл. 6*, прим. 4 [1].

;

.

 

Определение толщины стенки:

1. По эмпирической формуле  - толщина стенки в мм при h _min в м.

2. Из конструктивных требований t _ст = 8…16 мм.

Размеры высоты и толщины стенки назначаются в соответствии с ГОСТ на листовую сталь с соблюдением требования

.

Выбираем высоту стенки 75 мм и толщину стенки 9 мм.

Определение размеров полки балки:

Толщина полки (из конструктивных требований):

1) t_ст ≤ t_п ≤ 3 ∙ t_ст;

2) t_{п max} = 40 мм.

Ширина полок:

1) Условие закрепления второстепенных балок

b_{п min} = 18 см.

2) Условие общей устойчивости балки

b_п = (1/3 ÷ 1/5) ∙ h_ст = (1/3 ÷ 1/5) ∙ 75 = (25 ÷ 15) см.

Размеры ширины и толщины полок назначаются в соответствии с ГОСТ на листовую сталь.

Выбираем ширину полки 240 мм и толщину полки 16 мм.

Поперечное сечение главглй балки см. рисунок 6

Рисунок 6. Поперечное сечение главной балки

 

Проверка устойчивости балки

Проверка общей устойчивости балки производим после определения сопряжения главной и второстепенных балок согласно заданной конструктивной высоте междуэтажного перекрытия.

Проверка производится согласно условия (табл. 11 [1]):

                                                                           (17) 

  ,      (18)

 

где d = 1 – коэффициент при отсутствии пластических деформаций;

– расстояние между осями поясных листов;

= h _ст + t_n = 75+1,6=76,6 см.

l_ef – наибольшая свободная длина до закрепления балок, l_ef = 2,8 м.

 =15,55

15,55 < 16,46

Условие (17)выполняется.

Согласно выполнению данного условия, устойчивость балок двутаврового сечения обеспечивается и не требует дополнительной проверки.

Для обеспечения местной устойчивости стенки балки в местах опирания второстепенных балок устанавливаются парные поперечные ребра жесткости на всю высоту стенки балки (рисунок 10).

Рисунок 10. К расчету местной устойчивости

 

 

Размеры ребра

Ширина ребра из условия устойчивости самого ребра в_р, мм,

 мм.

Толщина ребра t_p, мм,

4 мм

Окончательные размеры ребра принимаем в соответствии с ГОСТ на листовую сталь – ширина ребра b _р =70мм, толщина ребра t _р =5 мм.

Центрально-сжатая колонна

База колонны с траверсами

Конструктивная схема базы колонны представлена на рисунке 17. Площадь опорной плиты рассчитывается из условия прочности фундамента

                        ,                           (40)

где  - расчетное сопротивление бетона В12,5 по прил. 4 [3];  - коэффициент увеличения  в зависимости от соотношения площадей фундамента и опорной плиты, при .

Определение размеров опорной плиты

 

Так как габаритные размеры колонны , опорная плита (рисунок 18) принимается квадратной со стороной  по ГОСТ на листовую сталь. Толщина опорной плиты рассчитывается после конструирования базы.

Проверяем условие фактического реактивного давление на плиту:

                                                   (41)

Условие (41) выполняется.

Рис. 17. Конструктивная схема базы колонны:

1 – опорная плита; 2 – стержень колонны; 3 – траверсы;

  4 – ребра жесткости; 5 – оси анкерных болтов

Рис. 18. К расчету опорной плиты

 Определение размеров траверс и ребер базы колонны

Рис. 19. К расчету траверс и ребер жесткости базы колонны:

h_cm – высота стенки колонны; t_n – толщина полки колонны; t_cm – толщина стенки колонны; b_n – ширина полки колонны; h_mp – высота траверсы; t_mp – толщина траверсы; h_p – высота ребра жесткости; t_p – толщина ребра жесткости;

t_on – толщина опорной плиты

 

Траверсы и ребра жесткости предназначены для равномерного распределения нагрузки от стержня колонны по площади опорной плиты (рисунок 19).

Задаем величины: мм, принимаем ;

;

.

Высоту траверсы определяем из условия прочности сварных швов, приваривающих траверсы к стержню колонны.

                                              (42)

,

где  принимается , где  принимается по табл. 38 [1,],

β _f =1,1 – коэффициент, зависящий от вида сварки -табл. 39 [1],

γ _wf =1 – коэффициент условий работы сварного шва -п. 14.1.16 [1],

  R_wf =18,5 кН/см² – расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва - табл. Г.2 [1]

 

 Размеры траверс и ребер принимаем в соответствии с ГОСТ на листовую сталь. При этом  принимаем

 принимаем

 

Определение толщины опорной плиты

Рис. 20. К определению толщины опорной плиты

 

 Опорная плита представляет собой пластинку на упругом основании (фундамент), закрепленную на разных участках по двум (4), трем (2,3) и четырем (1) сторонам траверсами, ребрами, стенкой и полками колонны.

Эти пластины загружены равномерно распределенным реактивным давлением со стороны фундамента  на полосе шириной 1 см.

 кН/см.

 

Для определения толщины опорной плиты на каждом участке вычисляем изгибающие моменты, зависящие от соотношения сторон. При опирании на три стороны – защемленной к свободной; при опирании на четыре стороны – большей к меньшей.

a₁=(320-10)/2=155 мм;

а₂=320 мм;

а₃=320+20·2-8·2=344 мм;

а₄=(500-(320+20·2))/2=70 мм;

b₁=320 мм;

b₂=70мм;

b₃=b₄=(500-(320+2·10))/2=80мм.

Участок 1 – работает на изгиб как пластина, опорная по четырем сторонам. Изгибающий момент М ₁ равен

,                              

где α – коэффициент, зависящий от отношения длинной стороны в ₁ к короткой а ₁,  -прил. 5 [3].

Участки 2 и 3 – пластина, опертая по трем сторонам. Изгибающие моменты М ₂ и М ₃ равны:

;                          

,                          

где β – коэффициент, зависящий от отношения закрепленной стороны пластины в _i к свободной а _i,  -прил. 5 [3].

Участок 4 – опирается по двум сторонам (рисунок 19). Изгибающий момент определяется как для пластины, опертой по трем сторонам, с условными размерами  и .

                     

 

 

 

Рисунок 21. К расчету участка 4

 

 

Толщина опорной плиты определяется из условия прочности участка пластины с максимальным изгибающим моментом :

                                            (43)

где

; 

.

Толщина плиты принимается в соответствии с ГОСТ на листовую сталь и не должна превышать 40 мм. Принимаем толщину плиты t _пл = 40 мм.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. СП 16.13330.2011. Актуализированная редакция «СНиП II-23-81* Стальные конструкции». – М., 2011.

2. СП 20.13330.2011. Актуализированная редакция «СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия». – М., 2011.

3. Методические указания к курсовой работе «Расчет и конструирование металлических конструкций многоэтажного производственного здания» / Сост.: З.И. Шилкина, Э.Н. Мартемьянов, Н.В. Беляев. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2013.

4. Методические указания к расчетно-графической работе по курсу «Металлические конструкции» / Сост.: Н.Н. Разливкина, И.М. Ивасюк, Р.М. Кононова. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2006.

 

Перекрытия и колонны»

 

Курсовой проект

 

по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку»

 

Руководитель

д.т.н., профессор

Александров А.А.

 «__»___________2017 г.

 

 

Выполнил

студент группы ПГСб–14Z5

________________________

Шифр: ПГСб-____________

«__»___________2017 г.

 

 

ОМСК-2017 г.

 

Содержание

 

1. Исходные данные                                                                                 3

2. Конструирование и расчет балочной клетки перекрытия                 4

2.1. Компоновка перекрытия                                                            4

2.2. Второстепенная балка перекрытия                                            4

2.2.1. Конструктивная и расчетная схемы                                        4

2.2.2. Подбор поперечного сечения из условия прочности                     5

2.2.3. Проверка условия жескости балки                                        7

2.3. Главная балка перекрытия                                                         7

2.3.1. Конструктивная и расчетная схемы                                       7

2.3.2. Подбор поперечного сечения                                              9

2.3.3. Проверка прочности сечения по нормальным напряжениям 11

2.3.4. Конструирование балки переменного сечения. Построение эпюры материалов                                                                              12

2.3.5. Проверка прочности уменьшенного сечения балки по касательным напряжениям                                                                           13

2.3.6. Проверка прочности по приведенным напряжениям                     15

2.3.7. Проверка прочности сварных швов                                      16

2.3.8. Проверка устойчивости балки                                               16

2.3.9. Расчет опорного ребра главной балки                                  18

2.3.10. Расчет и конструирование монтажного стыка                19

2.4. Центрально-сжатая колонна                                                 24

2.4.1. Конструктивная и расчетная схемы                         24

2.4.2. Определение расчетной нагрузки на колонну                                24

2.4.3. Определение размеров поперечного сечения колонны        25

2.4.4. Проверка общей устойчивости колонны относительно оси X 26

2.4.5. Проверка местной устойчивости элементов колонны           27

2.4.6. База колонны с траверсами                                                             28

       Библиографический список                                                        34

Графический раздел (4 листа А3)                                                         

 

 

 

                                                      

 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Разработать конструкцию стального варианта балочной клетки многоэтажного производственного здания согласно шифра 409 задания.

1.1. Материал несущих конструкций балочной клетки – сталь С235;

1.2. Бетон фундамента – В12.5;

1.3. Настил – из сборных ж/б (нетиповых) плит толщиной 0,3м (вместе с конструкцией пола);

1.4. Размеры  балочной клетки ;

1.5. Нормативная нагрузка на междуэтажное перекрытие:

- постоянная ;

- временная

1.6. Расчетная нагрузка от чердачного перекрытия:

1.7. Нормативная нагрузка от веса покрытия и кровли:

1.8. Число этажей:

1.9. Высота этажа (от пола до низа главной балки):

1.10. Район строительства – 4;

1.11. Высота межэтажного перекрытия h_к=1,6м.

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ ПЕРЕКРЫТИЯ

Компоновка перекрытия

Рисунок 1. Общая схема

 

Размеры ячейки L ₁ (вдоль главной балки) и L ₂ (вдоль второстепенной балки) принимаем согласно шифру задания. Шаг второстепенных балок принимаем в пределах а=2000-5000мм, и он должен целое число n раз укладываться по длине L ₁ (L ₁ = n · a).

а=10,4/4=2,6м.