методичка мк 1638

1638

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра металлических конструкций

РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ РАБОЧЕЙ ПЛОЩАДКИ

Методические указания к курсовой работе по металлическим конструкциям

Составители: В.М. ПУТИЛИН Н.В. КАПЫРИН

Липецкий государственный технический университет

2012

1

УДК 624.014 (07)

П 901

Рецензент - В.В. Зверев, заведующий кафедрой металлических конструкций

Путилин, В.М.

П901 РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ РАБОЧЕЙ ПЛО-

ЩАДКИ [Текст]: Методические указания к курсовой работе по металлическим конструкциям /В.М. Путилин, Н.В. Капырин: изд-во ЛГТУ,

2012. - 31 с.

Даны указания по расчету настила, вспомогательных и главных балок балочной клетки. Приведены примеры расчета. Представлен необходимый для расчета справочный материал.

Табл. 13. Ил. 10. Библиограф.: 7 назв.

ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2012

2

Согласно заданию на проектирование студент должен произвести техни- ко-экономическое сравнение нескольких вариантов типов балочной клетки, выполнить расчет главной балки, колонны. В графической части необходимо разработать схему расположения элементов площадки и чертежи КМД отправочных марок главной балки и колонны.

1.СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ

Вкурсовой работе следует рассмотреть 2 – 3 варианта балочной клетки нормального и усложненного типов (рис. 1.1, 1.2).

При компоновке вариантов балочной клетки необходимо учитывать следующие соображения:

•Шаг балок настила (а) рекомендуется назначать в пределах 0,6…1,6 м; шаг второстепенных балок (в) – 2…5 м. Шаг балок должен быть кратен пролету главной балки.

•Шаг второстепенных балок (для усложненного типа) и балок настила (для нормального типа) следует назначать таким образом, чтобы не было их опирания в середине главной балки, поскольку в последней в этом месте, какправило, предусматривается монтажный стык.

Для того чтобы произвести технико-экономическое сравнение вариантов различных типов балочной клетки, необходимо для каждого варианта подобрать толщину настила, назначить сечения вспомогательных балок.

1.1. Определение толщины стального настила

При требуемом относительном прогибе толщина настила определяется его жесткостью

ln				72	E1
	=	4 n0						,	(1.1)
tn		15	1 +	4	p	н
				n0

где ln – пролет настила; tn – толщина настила;

n0 = ln – отношение пролета настила к предельному прогибу;

fn

Е1=Е / (1-µ2)=2,26 104 кН/см2 (µ - коэффициент Пуассона); рн – нормативная эксплуатационная нагрузка на настил.

3

4

5

Поскольку пролет настила установлен (равен назначенному шагу балок настила), то из равенства (1.1) можно легко определить толщину настила, которая должна находиться в пределах 6…14 мм. Значение предельного прогиба

fн регламентируется СНиП 2.01.07-85*, СП 20.13330.2011 [5, 9].

lн

1.2. Расчет вспомогательных балок

Вспомогательные балки (балки настила, второстепенные балки) проектируются из прокатных двутавров. Расчет производится по двум предельным состояниям: по прочности и жесткости.

Погонная равномерно распределенная нагрузка на вспомогательные балки будет

	q1= p1 a (для балок настила);	(1.2)
	q2= p2 в (для второстепенных балок),

где p1, p2 – эксплуатационная нагрузка на настил с учетом собственной массы конструкций, кН/м2;

а, в – соответственно шаг балок настила и второстепенных балок, м. Максимальный изгибающий момент от расчетных нагрузок будет

M max =			q l2
						,
				8
где l - пролет рассчитываемой балки.
Требуемый момент сопротивления сечения балки
W	треб	≥			Mmax		,
				сx Ry γc

(1.3)

(1.4)

где сх – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций. Для прокатных балок Сх=1,12.

γс – коэффициент условия работы, γс =1,1 [5];

Ry – расчетное сопротивление стали по пределу текучести (табл. П1).

Поскольку значения Ry для каждой марки стали зависят от толщины и вида проката, которые при подборе сечения заранее неизвестны, то в курсовой работе допускается принимать минимальное значение Ry в пределах заданной стали.

6

По полученному значению Wтреб из сортамента (табл. П6) назначается номер двутавра и производится проверка жесткости от нормативных нагрузок по формуле

	f		5		qн l3		1		,	(1.5)
		=				≤
	l		384		E J x		250

		1
	где			- принятый в курсовой работе предельный относительный прогиб.
		250

При несоблюдении неравенства (1.5) необходимо принять бóльший номер двутавра и вновь проверить условие (1.5).

Пример 1.1. Требуется назначить сечения элементов балочной клетки со стальным настилом, ячейка которой изображена на рис.1.3. Временная нагрузка на

	настил составляет рн=15 кН/м2,
	коэффициент	надежности по
	нагрузке γf,p=1,2. Материал на-
	стила – сталь С235, остальных
	конструкций – сталь С345. Пре-
	дельный относительный прогиб
	конструкций	устанавливается
	по СНиП 2.01.07-85*, СП
	20.13330.2011 [5, 9] (в курсовой
	работе допускается принять:
	для настила – 1/150, для второ-
	степенных балок – 1/250).
Рис. 1.3. План балок ячейки рабочей	Расчет настила
площадки к примеру 1.1	Находим отношение (1.1)

l		4 150		72кН2,/26см104	2
n	=		1+
		15		4	2
tn				150кН0/см,0015

=126.

В нашем случае ln=120 cм, тогда

Назначаем tn =10 мм. tn= ln /126=120 см / 126 см = 0,95 cм.

Масса настила составляет gnн = 0,785 кН/м2 (см. табл. П5).

Расчет балки настила Погонная нагрузка на балку согласно формуле (1.2) составляет

q1н = (pн + gnн ) a = (15кН/м2 + 0,785кН/м2 ) 1,2м =18,9кН/м = 0,189 кН/см;

7

q1 = (pн γ f , p + gnн γ f ,g ) a = (15кН/м2 1,2 + 0,785кН/м2 1,05) 1,2м = 22,6 кН/м.

Здесь γf,g=1,05 – коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса конструкций.

Расчетный изгибающий момент по формуле (1.3)

M max = 22,6кН/8м (3м)2 = 25,4 кН м = 25,4 102 кН см.

Требуемый момент сопротивления по формуле (1.4)

W	треб		25,4 102 кН см		3
		≥			=65,4 см .
			1,12 31,5кН/см2 1,1

Здесь Ry=31,5 кН/см2 (см. табл. П1).

Принимаем I14 (см. табл. П6), Wx=81,7 см3, Jx=572 см4. Проверяем прогиб подобранной балки по формуле (1.5)

	f	=	5		0,189	кН/см (300см)3	=		1	>	1	,
	l		384		2,1 10	4 кН/см2 572см4		181			250

т.е. прогиб недопустим. Принимаем I16, Jx=873 см4.

	f	=	5		0,189	3003		=	1	<	1	.
	l		384		2,1 104 873				276		250

Окончательно назначаем I16. Масса балки настила на 1 м2 площадки составляет

g1н = 0,159кН/м =0,132 кН/м2.

1,2м

Здесь 0,159 кН/м – масса 1 метра балки (см. табл. П6), 1,2 м – шаг балок настила.

Расчет второстепенной балки Балки настила передают нагрузку на второстепенные балки в виде сосре-

доточенных сил, однако, для расчета второстепенной балки при числе опирающихся на неё балок настила более 4-х, сосредоточенные силы заменяются равномерно распределенной нагрузкой в соответствии с формулой (1.2):

q2н = (pн + gnн + g1н ) в = (15кН/м2 + 0,785кН/м2 + 0,132кН/м2 ) 3м = 47,8 кН/м; q2 =[pн γ f , p + (gnн + g1н ) γ f ,g ] в =

=[15кН/м2 1,2 + (0,785 кН/м2 + 0,132кН/м2 ) 1,05] 3м =56,9 кН/м,

8

где gnн , g1н – нормативные значения собственной массы соответственно настила

и балок настила, кН/м2.

Дальнейший расчет аналогичен расчету балки настила. В результате расчета назначаем сечение балки из I40. Вес второстепенной балки на 1 м2 составляет

g2н = 0,57кН/м =0,19 кН/м2.

3м

Здесь 0,57 кН/м – масса 1 м балки (см. табл. П6), 3 м – шаг второстепенных балок.

1.3. Выбор варианта балочной клетки

Технико-экономическое сравнение нескольких вариантов производится по стоимости конструкций «в деле», включающей в себя стоимости материала, изготовления и монтажа.

В курсовой работе условно за наиболее экономичный можно принять тот вариант балочной клетки, в котором суммарная масса настила и вспомогательных балок будет наименьшая.

Показатели рассмотренных вариантов заносятся в таблицу.

		Расход стали по вариантам (на 1 м2 площадки)							Таблица
	Настил			Балки настила		Второстепенные			Суммарный
Вариант						балки
									расход стали на
	толщина,		масса,	№	масса,	№	масса,
									вариант, кН/м	2
	мм		кН/м2	двутавра	кН/м2	двутавра	кН/м2
1	10		0,785	16	0,132	40	0,19		1,107
2
3

2. РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ БАЛКИ

Главные балки проектируются, как правило, сварными составного симметричного сечения (рис. 2.1).

Для расчета главной балки необходимо произвести сбор нагрузок, определить внутренние усилия в сечениях балки, установить высоту сечения балки, назначить размеры стенки и полок, произвести изменение сечения балки, выполнить расчет поясных швов, осуществить проверку общей и местной устойчивости, произвести расчет опорного ребра, запроектировать монтажный стык балки (при необходимости).

9

2.1. Сбор нагрузок

Сосредоточенные силы от второстепенных балок (усложненный тип балочной клетки) или балок настила (нормальный тип) целесообразно заменить равномерно распределенной нагрузкой (кН/м)

q=p B, (2.1)

где р – эксплуатационная нагрузка на настил с учетом собственной массы настила и вспомогательных балок, кН/м2;

В – шаг главных балок, м.

10