Глава 2. Примеры расчета и конструирования стальной стоечно-балочной конструкции

Курсовая работа – разновидность реального проекта, только на основе упрощенных данных.

1. Состав курсовой работы

В процессе выполнения курсовой работы студент должен выполнить следующее:

• дать компоновку простейшего стоечно-балочного сооружения, выполненного в металле, с назначением типов сечений его элементов, выбором марок сталей, а также материалов для заводских и монтажных соединений, способов защиты от коррозии;

• выполнить сбор нагрузок на конструкции сооружения и принять их расчетную схему;

• провести силовой расчет элементов металлического каркаса;

• осуществить конструктивные расчеты с подбором сечений элементов стальных конструкций и разработкой узловых сопряжений, отвечающих требованиям прочности, жесткости и устойчивости;

• дополнительно подобрать взамен сплошностенчатой колонны сквозную;

• оформить графический материал на пяти листах формата А3. Графический материал должен содержать три проекции каркаса технологической площадки в масштабе 1:100. Дополнительно с целью усвоения навыков конструирования эти проекции изображаются в масштабе 1:25 с учетом поперечных размеров сечений элементов. Проекции рекомендуется выполнять до осей симметрии. На листах должны быть представлены узлы сопряжений второстепенной балки с главной, главной балки с колонной, колонны с фундаментом (не менее двух-трех проекций для каждого узла), пояснительный текст и условные обозначения. Для изображения узлов рекомендуется принимать масштаб 1:10;

• пояснительная записка и чертежи выполняются в соответствии с действующими стандартами и нормами.

Пояснительная записка должна содержать:

• титульный лист;

• задание на курсовую работу со схемой стоечно-балочной конструкции, заверенное руководителем;

• расчеты второстепенной балки (балки настила) из прокатного двутавра на прочность и деформативность;

• подбор сечения главной балки составного сечения с необходимыми проверками прочности, жесткости и устойчивости;

• подбор сечения центрально-сжатой сплошностенчатой или сквозной колонны с проверками общей и местной устойчивости;

• подбор сечения связей;

• расчет основных узлов.

2. . Пример расчетной части пояснительной записки

2.1.1. Расчет второстепенной балки

Подбор сечения второстепенной балки

План расположения металлических балок в перекрытии приведен на рисунке 5.

Рис. 5. План второстепенных (1) и главных (2) балок в балочной клетке.

Схема, иллюстрирующая расположение грузовых площадей, необходимых для сбора нагрузок:

А₁ – грузовая площадь для второстепенной балки; А₂ – грузовая площадь на один погонный метр (1пм) второстепенной балки

Сбор нагрузок на второстепенные балки выполняем в табличном виде (таблица 1). Коэффициенты надежности γ_f для каждой из нагрузок, приведенных в таблице 1, принимаем в соответствии с указаниями [2].

Т а б л и ц а 1

Сбор нагрузок на второстепенные балки

№	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, кгс/м^2	γf	Расчетная нагрузка, кгс/м^2
1	Асфальт t = 3см, γ = 2200кг/ м^3	66	1,3	85,8
2	Монолитная железобетонная плита перекрытия t = 10см, γ = 2500кг/м^3	250	1,2	300
3	Собственный вес второстепенных балок	20	1,05	21
4	Полезная нагрузка	1000	1,2	1200
	Итого

В соответствии с таблицей 1 суммарная нормативная нагрузка на второстепенные балки составит

кгс/м²,

а суммарная расчетная нагрузка будет равна

кгс/м².

Каждой балке соответствует участок перекрытия (грузовая площадь), с которого она воспринимает нагрузку. Ширина этого участка равна шагу балок (а = 2м, рис. 5). Преобразуем нагрузку с указанного участка перекрытия в равномерно распределенную по длине балки (в погонную нагрузку). Определяем погонную нормативную нагрузку на второстепенную балку:

,

и погонную расчетную нагрузку:

.

Расчетная схема второстепенной балки и эпюры внутренних усилий показаны на рисунке 6.

Рис. 6. Расчетная схема второстепенной балки и эпюры внутренних усилий

Наибольший изгибающий момент .

Наибольше значение поперечной силы .

Опорная реакция второстепенной балки R₁=9963кгс.

В соответствии с таблицей 50* [1] принимаем второстепенные балки из стали С245 по ГОСТ 27772-88* (предполагая, что толщина проката менее 10мм) с расчетным сопротивлением по пределу текучести R_y = 2450кгс/см² и с расчетным сопротивлением срезу R_s = 0,58R_y = 1421кгс/см². Для балок технологической площадки коэффициент условий работы γ_c = 1 (таблица 6* [1]).

Момент сопротивления изгибу, требуемый для обеспечения прочности балки при ее работе в упругой стадии, согласно п.5.12 [1]: .

С

Рис. 7

ечение балки выбираем в виде горячекатаного двутавра №36 по ГОСТ 8239-72* (рис. 7), у которого момент сопротивления изгибу W_x = 743см³ больше, чем W_тр = 630см³. Остальные геометрические характеристики сечения: S_x = 423см³ – статический момент сдвигаемой части сечения относительно оси х; I_x = 13380см⁴ – момент инерции сечения относительно оси х; А = 61,9см² – площадь поперечного сечения; t_w = 7,5мм – толщина стенки двутавра; толщина полки – 12,3мм (максимальная толщина проката в сечении).

Проверки для второстепенной балки

Проверяем прочность балки на срез согласно п.5.12 [1] по касательным напряжениям:

.

Прочность балки на срез обеспечена.

Принимаем конструктивное решение, обеспечивающее при опирании монолитной железобетонной плиты на верхний пояс балки надежную связь по всей длине балки между этим поясом и железобетонной плитой в горизонтальной плоскости. Такое закрепление можно создать, например, путем установки закладных деталей в монолитной плите с шагом не более значений, указанных в таблице 8* [1], с приваркой этих деталей к верхнему поясу балки. При принятии в проекте указанного конструктивного решения (или другого, также создающего непрерывное закрепление сжатого пояса балки в горизонтальной плоскости) общая устойчивость второстепенных балок будет обеспечена (п. 5.16* [1]) и выполнять проверку по п.5.15 [1] не требуется.

Проверку второстепенной балки на жесткость при изгибе проводим по формуле для относительного прогиба балки:

,

где – предельно допустимый относительный прогиб балки в соответствии с таблицей 19 [2];

– модуль упругости стали.

.

Жесткость балки достаточна.