Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Курсовой МК1 4 курс ПГС ТюмГАСУ dnl4047 / Курсовой МК(1) ПГС записка

.pdf
Скачиваний:
27
Добавлен:
30.03.2016
Размер:
991.86 Кб
Скачать

СОДЕРЖАНИЕ:

1.Исходные данные………….……………………………………………………… 3

2.Расчёт стального плоского настила……………..……………………………… 4

3.Расчёт балок настила……………………………………………………………... 6

3.1.Подбор сечения………………...………………………………………………. 6

3.2.Проверка сечения…………..…………………………………………………...7

4.Расчёт главной балки………………………………………………….…………. 8

4.1.Определение размеров сечения………………………………………………. 9

4.2.Изменение сечения балки по длине………………………………………….. 13

4.3.Проверка прочности………...…………………………………………………. 14

4.4.Проверка общей устойчивости……………………………………..………… 15

4.5.Проверка местной устойчивости…………….……………………………….. 16

4.5.1.Проверка местной устойчивости стенки..…………………………….. 16

4.5.2.Размеры рёбер жёсткости……...……………………………………….. 17

4.6.Расчёт опорного ребра……………...…………………………………………..17

4.7.Расчёт поясных швов...……...………………………………………………….19

4.8.Расчёт монтажного стыка……..……………………………………..…………20

4.8.1.Сварной стык пояса……………………....…………………………….. 20

4.8.2.Болтовой стык пояса…………...………………………………………..21

4.8.3.Болтовой стык стенки..………………………………………………….22

4.9.Уточнение собственного веса главной балки…….………………………….. 23

5.Расчёт центрально-сжатой колонны..……………………………….…………. 24

5.1.Подбор сквозного сечения стержня..…………………………………………. 24

5.2.Расчёт соединительных планок……………………………………………….. 27

5.3.Расчёт базы колонны...……...…………………………………………………. 28

5.4.Расчёт оголовка колонны……..……………………………………..………… 29

6.Расчёт сопряжения балок настила с главной………………………………….. 31

7.Список используемой литературы……………………………………………… 34

 

 

 

 

 

 

0269355-290302-КП-07.ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Кл.уч.

Лист

№док.

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

 

Разработал

 

 

 

 

Пояснительная

Стадия

 

Лист

 

Листов

Проверил

 

 

 

 

КП

 

2

 

34

 

 

 

 

 

 

записка

 

С04-2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.

При нормальном типе балочной клетки нагрузки от настила покрытия передаются на балки настила, которые опираются на главные балки. Шаг главных балок равен пролету балок настила, а шаг балок настила равен ширине листа. Все несущие элементы балочной клетки имеют сопряжение в одном уровне.

По заданию районом строительства является г. Тюмень. По табл.1 СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» определяем температуру воздуха наиболее холодной пятидневки

обеспеченностью 0,92: t5дн 350 С.

Исходя их этого, подберём марки сталей для стальных конструкций по табл. 50* СНиП II-23-81* «Стальные конструкции»:

выбираем марку стали С245: Ry = 2450 кгс/см2; Ru = 2450 кгс/см2.

По табл. 55* СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» выбираем сварку: принимаем электрод Э42 по ГОСТ 9467-75*, сварочную проволоку Св-08А по ГОСТ 2246-70* и флюс АН-348-А по ГОСТ 9087-81*.

По табл. 61* СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» подбираем высокопрочные болты диаметром 20мм, марка стали по ГОСТ 4543-77* 40Х “селект”, Rbun = 11500 кгс/см2.

Лист

Исходные данные

3

2.РАСЧЁТ СТАЛЬНОГО ПЛОСКОГО НАСТИЛА.

Предварительно можно задаться ориентировочной толщиной настила в зависимости от полезной нагрузки. По заданию p = 26 кН/м2 , т.к. p = 20 30 кН/м2 , то tн = 12 мм.

Размеры настила при работе его на изгиб с учетом распора Нр, вычислим приближенно из условия заданного предельного прогиба, по II группе предельных состояний:

 

 

н

 

4n0

(1

72 E1

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где: lн – пролёт настила;

 

tн

15

 

 

n04 qн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tн – толщина настила;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n0 – отношение пролёта настила к его предельному прогибу, величина, обратная пре-

дельному значению относительного прогиба конструкции;

 

Е1 – приведённый модуль упругости стали:

 

 

 

 

 

Е

Е

 

2,1 106

2,31 10

6

кгс/ см

2

;

1 2

1 0,32

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е – модуль упругости стали;- коэффициент Пуассона для стали;

qн – нормативное значение нагрузки, воспринимаемое сталью (включает в себя полезную нагрузку и собственный вес настила):

qн pн tн 26 0,012 78,5 26,942 кН / м2 .

н

 

4 150

(1

72 2,31 106

) 88,78 .

tн

15

1504 0,26942

 

 

 

Отсюда найдём длину настила, которая будет являться так же шагом балок настила: lн 88,78 tн 88,78 12 1065,24 мм.

Разложим балки настила с шагом 1,0 м. При пересчёте толщина незначительно изменяется, поэтому принимаем окончательно tн = 12 мм.

Силу распора, на действие которой рассчитываются сварные швы, крепящие настил к балкам настила, определяем по приближенной формуле, для полоски единичной ширины:

Н

 

 

 

2

 

f

 

2

E t

 

 

р

 

f

 

 

[

 

]

 

н

;

 

 

 

 

 

4

 

l

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где: f – коэффициент надежности по нагрузке, для действующей равномерно распреде-

ленной нагрузки, при полном нормативном значении нагрузки q 2кН/м2, принимаем равным 1,2 (СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»)

Нр

2

1

 

2

 

6

 

кгс/см;

1,2

 

[

 

]

 

2,31 10

 

1,2 364,8

 

 

 

 

 

4

150

 

 

 

 

 

 

Лист

Расчёт стального плоского настила

4

Для расчета сварного соединения настила с балками настила возьмем участок шириной

1 см. Сварные соединения с угловыми швами следует рассчитывать на срез по двум сечени-

ям:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

- по металлу шва:

 

 

 

 

k f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

f

w Rwf

wf c

- по металлу границы сплавления:

 

k f

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

;

 

 

z

 

w

R

 

wz

 

c

где:

kf – катет углового шва;

 

 

 

 

 

 

 

wz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N – сила, принимаемая равной распору:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N Нр

364,8

кгс/ см;

 

 

 

 

 

f, z – коэффициенты глубины проплавления шва, принимаемые по табл.34*

 

СНиП II-23-81* «Стальные конструкции»;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lw – длина сварного шва (ширина полоски настила, закреплённой неподвижными шар-

 

нирами);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rwf – расчётное сопротивление металла шва сварного соединения с угловыми швами,

 

принимаемое Rwf 1850 кгс/ см2 для электрода типа Э42 по табл.56 СНиП II-23-81*

 

«Стальные конструкции»;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rwz – расчётное сопротивление металла границы сплавления сварного соединения с

 

угловыми швами, принимаемоеRwz

0,45 Run

по табл.3 СНиП II-23-81* «Стальные

 

конструкции»:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

wz

0,45 R

 

0,45 3800 1710 кгс/ см2 ;

 

 

 

un

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Run принимаем по табл.51* СНиП II-23-81* «Стальные конструкции»;

 

wf, wz – коэффициенты условий работы сварного шва;

 

 

 

с – коэффициент условий работы конструкций.

 

 

 

 

 

 

 

 

k f

 

 

364,8

 

 

 

0,26

см;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,9 1 1850 0,85 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k f

 

 

364,8

 

 

 

 

0,19

см;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,05 1 1710 0,85 1

 

 

 

 

 

 

В соответствии с конструктивными требованиями к сварным соединениям катеты угловых

швов следует принимать по расчёту, но не менее указанных в табл.38* СНиП II-23-81*

«Стальные конструкции», поэтому принимаем kf = 6мм

 

 

 

 

 

 

 

 

Компоновка балочной клетки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

Расчёт стального плоского настила

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

3.РАСЧЁТ БАЛОК НАСТИЛА.

3.1.ПОДБОР СЕЧЕНИЯ.

Нагрузка, действующая на балку настила, будет включать в себя: полезную нагрузку; собственный вес настила;

собственный вес балок настила (1-2% от полезной нагрузки): gн tн 78,5 0,012 0,942 кH / м2 ;

Нормативное значение нагрузки, действующей на БН:

qн ( pн gн ) lн qen (26 0,942) 1 0,26 27,2 кH / м;

Расчётное значение нагрузки, действующей на БН:

qр ( рн f 1 gн f 2 ) lн qen f 2

(26 1,2 0,942 1,05) 1 0,26 1,05 32,46 кH / м;

где: f – коэффициенты надёжности по нагрузке.

Максимальный изгибающий момент равен:

M max

q

р

l 2

32,46 5

2

 

кH м ;

 

 

 

 

 

 

101,44

 

 

8

8

 

 

 

 

 

 

 

 

Максимальная поперечная сила равна:

Qmax

 

q

р

l

32,46 5

кH ;

 

 

 

 

 

 

81,15

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт на прочность разрезных балок сплошного сечения из стали с пределом текучести до 5400 кгс/см2, несущих статическую нагрузку, при изгибе в одной из главных плоскостей выполняют по формуле:

М

Ry c ;

с1 Wn,min

где: с1 –коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в элементах конструкций и зависящий от формы сечения;

Ry – расчётное сопротивление материала балки по пределу текучести;

с – коэффициент условий работы конструкции для сплошных прокатных балок, несущих статическую нагрузку.

Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки равен:

W

n,min

 

 

Мmax

 

 

1014400

414,04 см3 ;

с

 

 

 

 

 

R

y

 

c

1 2450 1

 

 

1

 

 

 

 

По сортаменту прокатных профилей (СТО

АСЧМ 20-93) выбираем двутавр №30Б1

(Wх=424,1 см3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист

Расчёт стального плоского настила

6

Двутавр имеет следующие геометрические характеристики:

Wx = 424,1 см3;

Ix = 6318.999 см3;

А = 40,6 см2; h = 29,8 см; Sx = 237,5 см3; s = 0,55 см;

P 32 кгм.

3.2.ПРОВЕРКА СЕЧЕНИЯ.

Значения касательных напряжений в сечении изгибаемого элемента должны удовлетворять условию:

Q S

Rs c ;

J t

где: Rs – расчетное сопротивление стали сдвигу:

Rs 0,58 Ry 0,58 2450 1421 кгс/ см2 ;

Q – максимальная поперечная сила;

S – статический момент сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси; J – момент инерции кручения балки:

d – толщина стенки балки.

 

J h d S ;

 

 

 

 

Q

 

8115

495,12 кгс/ см2 ;

h d

 

 

 

29,8 0,55

Условие 495,12 кгс/ см2 Rs c 1421 1 1421 кгс/ см2 ;

выполняется, следовательно, опорные сечения балки настила удовлетворяют условиям прочности по касательным напряжениям.

Расчёт по II группе предельных состояний для изгибаемых элементов заключается в определении вертикального относительного прогиба элемента и сравнение его с нормируемым. Относительный прогиб однопролётной балки, нагруженной равномерно распределённой нагрузкой:

f

5

 

q

н

3

5

 

27,2 5003

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

384

E J x

 

2,1 10

6 6318,999

 

 

 

384

 

300

По табл.19 СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» в зависимости от пролёта определяем

нормируемый прогиб. Для пролёта 5,0м

 

f

 

1

.

 

 

 

 

 

250

 

 

 

 

 

Условие выполняется, т.е. сечение балки настила удовлетворяет требованиям жесткости.

Лист

Расчёт балок настила

7

4.РАСЧЁТ ГЛАВНОЙ БАЛКИ.

Балки настила опираются на главные балки равномерно с шагом 1,0 м, пролет главных балок составляет 12,0 м. Таким образом, на главную балку будут действовать тринадцать сосредоточенных сил, примем их как равномерно распределенную.

Нагрузка, действующая на главную балку, будет включать в себя: полезную нагрузку; собственный вес настила; собственный вес балок настила; собственный вес главной балки:

gгб 0,02 p B 0,002 2600 5 260 кгс/ м.

Нормативное значение нагрузки, действующей на ГБ:

q

( p t

н

 

gбн

) B g

гб

(2600 7850 0,012

32

) 5 260 13891,3 кгс/ м.

 

 

u

 

 

Bбн

1

 

 

 

 

 

 

 

Расчётное значение нагрузки, действующей на ГБ:

qр ( р f 1 tн f 2

 

gбн

f 2 ) B gгб f 2

(2600 1,2 94,2 1,05

32

1,05) 5 260 1,05

Bбн

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16535,55 кгс/ м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где: f – коэффициенты надёжности по нагрузке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Максимальный изгибающий момент равен:

 

 

 

M max

 

q

р l2

 

16535,55 122

297639,9

кгс м;

 

 

 

 

8

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Максимальная поперечная сила равна:

 

 

 

 

 

Q

 

 

 

qр l

 

16535,55 12

 

 

кгс;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

99213,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

max

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Внутренние усилия, возникающие в ГБ, настолько значительны, что использование прокатных профилей исключено. Поэтому ГБ проектируется составной. Как правило, составные балки проектируются сварными, а сечение составных балок напоминает сечение прокатных двутавров: один вертикальный лист стали образует стенку двутавра, два горизонтальных листа образуют его полки.

Лист

Расчёт главной балки

8

4.1.ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ СЕЧЕНИЯ.

Главная балка проектируется переменного по длине сечения и рассчитывается без учета развития пластических деформаций.

Определяющим в компоновке сечения ГБ является подбор размеров стенки балки - высоты и толщины.

Высота ГБ, основную часть которой составляет высота стенки, определяется по экономическим соображениям, жесткости балки и допустимой строительной высоте конструкции перекрытия. Каждый из перечисленных факторов определяет оптимальное, минимальное и максимальное значение высоты балки.

Толщина стенки балки также определяется несколькими факторами и соответственно имеет несколько значений - минимальное, принимаемое из условия работы ГБ на касательные напряжения, и рациональное, принимаемое из экономических соображений.

Минимальная высота стенки ГБ определяется из условия жесткости балки с использованием формулы, связующей момент сопротивления сечения W и момент инерции J:

W=J/y

где: у- расстояние от нейтральной оси сечения до крайнего волокна.

Поскольку определяется минимальное значение высоты, используется минимальное значение у:

hmin 2ymin 2J xтр Wn,min

где: J - минимальный требуемый момент инерции всего сечения ГБ;

Wn,min - минимальный требуемый момент сопротивления всего сечения ГБ.

Минимальный момент сопротивления сечения ГБ определяется из условия прочности изгибаемых элементов в соответствии с требованиями п. 5.12 СНиП II-23-81* «Стальные конструкции»:

W

 

M

 

29763990

11044,15 см3

 

 

n,min

 

Ry c

 

2450 1,1

 

 

 

Минимальный момент инерции сечения ГБ определяется из условия жесткости ГБ в соответствии с требованием обеспечения допустимого относительного прогиба балки, который для главных балок рабочих площадок производственных зданий при отсутствии крановых путей составляет f/l = 1/400.

J тр

5 400

 

q

u

l3

 

2000

 

138,913 12003

595341,43 см4

384

 

E

384

2,1 106

x

 

 

 

 

 

Итак, минимальное значение высоты стенки ГБ:

hmin 2 595341,43 107,8 см 11044,15

Оптимальная высота стенки балки определяется исходя из соображений минимизации массы балки. Формула для определения высоты стенки ГБ при минимуме массы балки имеет следующий вид:

h

k

Wn,min

;

опт1

 

tw

 

 

где: к - коэффициент, зависящий от конструктивного оформления балки, для сварных

Лист

Расчёт главной балки

9

балок к=1,15,

tw - толщина стенки, условно принимаем 1 см.

h

1.15

11044,15

120 см.

 

опт1

 

1

 

 

 

 

hопт2 k 3 Wn,min w ;

где: к - коэффициент, зависящий от конструктивного оформления балки, для сварных

балок к=1,15,

λw - условная гибкость стенки 100 - 150.

h

1,15 3 11044,15 150 136 см.

опт2

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

1

l

 

1

1200 120 см.

 

 

 

 

констр

 

10

 

10

 

 

 

 

 

 

Исходя из того, что высота стенки ГБ должна подбираться с учетом действующего сортамента листовой стали и быть не менее hmin и близкой к hопт- принимаем следующее значение высоты стенки ГБ: hw = 120 см.

Минимальная толщина стенки ГБ определяется из условия ее прочности при работе на срезе использованием формулы:

tmin

1,5 Q

;

 

 

h c Rs

Здесь, в качестве параметра h используется полученное значение высоты стенки балки, которое принимается равным hw = 120 см.

tmin 1,5 99213,3 0,79 см. 120 1,1 1421

Rs 0,58 Ry 0,58 2450 1421 кгс/ см2 .

где: Ry – расчётное сопротивление материала балки по пределу текучести;с – коэффициент условий работы конструкции.

Принимаем следующее значение толщины стенки ГБ: tw = 0,8 см.

Проверим условную гибкость стенки ГБ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

Ry

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w

 

 

;

 

 

 

 

 

t

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

120

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2450

 

 

 

5,1.

 

w

 

 

 

 

 

 

2,1 106

 

 

 

0,8

 

 

 

 

 

Данное значение попадает в предел 3,5 ≤ w ≤ 6, что говорит о выполнении условия.

Лист

Расчёт главной балки

10

Принимаем полки главной балки из стали универсальной по ГОСТ 82-70 Толщину листа полки сварной балки принимаем t f (2 3) tw 1,4 см

Полная высота главной балки будет равна:

h hw 2 t f 120 2 1,4 122,8 см

Ширину листа главной балки определяем из требуемого значения площади сечения полки. Формулу для определения площади сечения одной полки получим из формулы Штейнера, которая позволяет определять моменты инерции сложных сечений относительно осей, не совпадающих с нейтральной осью всего сечения. Ввиду малости значения моментом инерции сечения полки относительно собственной оси можно пренебречь, тогда формула для определения сечения одной полки примет следующий вид:

 

2 J

тр

Aтр

 

f

f

h2

 

 

ef

 

где: J трf – требуемый момент инерции сечения одной полки относительно нейтральной оси

балки;

Аf – площадь сечения одной полки;

hef – расстояние между собственными осями полок. Требуемый момент инерции пояса определяется как разность:

J трf

 

J тр J

тр

678110,81 115200

 

см4

 

 

x

w

 

 

 

 

281455,405

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

h

 

122,8

 

 

 

J

 

W

 

11044,15

678110,81 см4

 

 

 

 

 

 

 

x

тр

2

 

1

 

 

 

где: J wтр – требуемый момент инерции стенки балки:

Jwтр

t

w

h

3

 

0,8 1203

115200 см4 .

 

w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

f

t

3

 

 

 

 

h

2

J

f

 

 

 

f

b

f

t

 

ef

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

f

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aтрf 4 J2f

hef

Aтрf 4 281455,405 76,39 см2 121,42

Ширину полки главной балки принимаем по действующему сортаменту листовой стали (прил.14 Е.И. Беленя «Металлические конструкции») с учётом принятой толщины листа и назначается не менее требуемой по площади сечения полки:

bf

Aтрf

 

37,5

47,74

см

t f

1,6

 

 

 

 

Принимаем bf 48 см.

В изгибаемых элементах отношение ширины свеса сжатого пояса к толщине принимаем не более нормативных значений. Для неокаймленного свеса при расчете в пределах упругих деформаций отношение ширины свеса сжатого пояса к толщине должно удовлетворять следующему условию:

Лист

Расчёт главной балки

11