скачать рефераты

МЕНЮ


Конструирование и расчет балочной клетки и колонны при проектировании рабочей площадки производственного здания

Конструирование и расчет балочной клетки и колонны при проектировании рабочей площадки производственного здания










Курсовая работа


«Конструирование и расчет балочной клетки и колонны при проектировании рабочей площадки производственного здания»


Содержание


1. Компоновка балочной клетки и выбор стали

2. Нормальный тип балочной клетки

2.1 Расчет железобетонного настила

2.2 Расчет балки настила

3. Усложненный тип балочной клетки

3.1 Расчет балки настила

3.2 Расчет вспомогательной балки

4. Выбор оптимального варианта балочной клетки

5. Расчет главной балки

5.1 Определение усилий

5.2 Компоновка сечения

5.3 Проверка прочности принятого сечения балки

5.4 Изменение сечения балки по длине

5.5 Проверка общей устойчивости балки

5.6 Проверка местной устойчивости элементов балки

5.7 Проверка жесткости главной балки

5.8 Расчет соединения пояса со стенкой

5.9 Конструирование и расчет опорной части главной балки

5.10 Проектирование монтажного стыка главной балки

6. Расчет колонн

6.1 Расчет колонны на устойчивость относительно материальной оси x-x

6.2 Расчет колонны на устойчивость относительно свободной оси y-y

6.3 Расчет планок

6.4 Конструирование и расчет оголовка сквозной колонны

6.5 Конструирование и расчет базы колонны

Список литературы



1. Компоновка балочной клетки и выбор стали


Исходные данные приняты по заданию.

В рабочих площадках применяют нормальный и усложненный тип балочных клеток. Нормальный тип включает главные балки и опирающиеся на них балки настила, непосредственно поддерживающие настил. В усложненном типе добавляются вспомогательные балки, укладываемые на главные, на них опираются балки настила и настил. В качестве настила используются железобетонные плиты.

Выбор класса стали производится по СНиП [1, табл. 50*], Ry выбирается по [1, табл. 51*]. Выбираю сталь С 255, с расчетным сопротивлением Ry = 240 МПа.



2. Нормальный тип балочной клетки


Настил - железобетонный.

Балки настила с шагом а1 = 1,5 м.


Рис. 1. Нормальный тип балочной клетки


2.1 Расчет железобетонного настила


При использовании в качестве несущего настила железобетонных плит их толщину принимаем расчетного пролета плиты lн и полезной нормативной нагрузки pn

Расчетный пролет настила, равный шагу балок настила lн = а1 = 1,5 м.

При нормативной полезной нагрузке pn = 20 кН/м2, принимаем толщину плиты tпл = 10 см. Нормативная нагрузка от веса железобетонной плиты (при плотности железобетона )

.


2.2 Расчет балки настила


Определяем нормативные и расчетные нагрузки.

Нормативная нагрузка на балку принимается равномерно распределенной


.


Расчетная нагрузка



где g¦g = 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке для постоянной нагрузки от железобетонных плит.


Рис. 2. Расчетная схема балки настила


Нормативный изгибающий момент


.


Расчетный изгибающий момент


.


Максимальная поперечная сила


.


Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки при работе с учетом упругопластических деформаций


.


По сортаменту принимаем I 50Б2, имеющий ближайший больший момент сопротивления статический момент полусечения Sx = 970,2 см3; момент инерции сечения Ix = 42390 см4; площадь сечения А = 102,8 см2; ширина пояса bf = 200 мм; толщина пояса tf = 14 мм;

Уточняем коэффициент с1, M и Q c учетом собственного веса балки настила

Площадь пояса



Площадь стенки



Отношение



По табл. определяем коэффициент с1 = 1,11.


Равномерно распределенная нагрузка от собственного веса балки настила длиной 1 м

.

Нормативная нагрузка на балку настила с учетом собственного веса

.

Расчетная нагрузка с учетом собственного веса

.

Нормативный изгибающий момент с учетом собственного веса

.

Расчетный изгибающий момент с учетом собственного веса

.

Проверяем принятое сечение.

Проверка прочности

Проверка жесткости

где fu = l/208 = 4,33 см при пролете l = 9 м.

Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

Определяем вес балки настила на 1м2 рабочей площадки

 


3. Усложненный тип балочной клетки


Настил - железобетонный.

Балки настила с шагом а1 = 1,5 м.

Вспомогательные балки с шагом а2 = 5 м.


Рис. 3. Усложненный тип балочной клетки


3.1 Расчет балки настила


Толщина настила при шаге а1=1,5 м принимается как в нормальном типе балочной клетки (tн = 10 мм).

Пролет балки настила .

Нормативная и расчетная нагрузки на балку настила принимаются как в нормальном типе балочной клетки: qn = 33,75 кН/м; q = 40,125 кН/м.


Рис. 4. Расчетная схема балки настила


Нормативный изгибающий момент

.

Расчетный изгибающий момент

.

Максимальная поперечная сила

.

Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки при работе с учетом упругопластических деформаций

.

По сортаменту принимаем I 35Б1, имеющий ближайший больший момент сопротивления статический момент полусечения Sx = 328,6 см3; момент инерции сечения Ix = 10060 см4; площадь сечения А = 49,53 см2; ширина пояса bf = 155 мм; толщина пояса tf = 8,5 мм;

Уточняем коэффициент с1, M и Q c учетом собственного веса балки настила

Площадь пояса

Площадь стенки

Отношение

По табл. определяем коэффициент с1 = 1,1132.


Равномерно распределенная нагрузка от собственного веса балки настила длиной 1 м

.

Нормативная нагрузка на балку настила с учетом собственного веса

.

Расчетная нагрузка с учетом собственного веса

.

Нормативный изгибающий момент с учетом собственного веса

.

Расчетный изгибающий момент с учетом собственного веса

.

Проверяем принятое сечение.

Проверка прочности

Проверка жесткости

где fu = l/183 = 2,73 см при пролете l = 5 м.

Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

Определяем вес балки настила на 1м2 рабочей площадки


3.2 Расчет вспомогательной балки


Пролет вспомогательной балки l = 9 м.

Нагрузка на вспомогательную балку передается от балок настила в виде равномерно распределенной.


Рис. 5. Расчетная схема вспомогательной балки


Нормативная нагрузка на вспомогательную балку

.


Расчетная нагрузка


.

Нормативный изгибающий момент


.


Расчетный изгибающий момент



Требуемый момент сопротивления


.

По сортаменту принимаем I 90Б1, имеющий ближайший больший момент сопротивления статический момент полусечения Sx = 3964 см3; момент инерции сечения Ix = 304400 см4; площадь сечения А = 247,1 см2; ширина пояса bf = 300 мм; толщина пояса tf = 18,5 мм;

Равномерно распределенная нагрузка от собственного веса вспомогательной балки длиной 1 м


.


Нормативная нагрузка на балку настила с учетом собственного веса


.


Расчетная нагрузка с учетом собственного веса


.


Нормативный изгибающий момент с учетом собственного веса


.


Расчетный изгибающий момент с учетом собственного веса


.


Проверяем принятое сечение.

Проверка прочности

Проверка жесткости


где fu = l/208 = 4,33 см при пролете l =9 м.


Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

Определяем вес вспомогательной балки на 1м2 рабочей площадки



4. Выбор оптимального варианта балочной клетки


Необходимо сравнить два варианта балочных клеток. Сравнение производится по расходу материала, а также по количеству балок, определяющему трудоемкость монтажа и стоимость перевозки. К дальнейшей разработке принимается наиболее рациональный вариант.

Анализ вариантов по показателям, представленных в табл. 1.


Таблица 1. Сравнение вариантов балочной клетки (расход на 1 м2 рабочей площадки)

Наименование элемента

Нормальный тип

Усложненный тип


Расход железобетона, м3/м2

Расход стали, кг/м2

Стоимость, руб./м2

Коли-чество балок

Расход железобетона, м3/м2

Расход стали, кг/м2

Стои- мость руб./м2

Ко- ли- чест- во ба- лок

Настил

0,1




0,1




Балки настила


53,8


63


25,9


126

Вспомогательные балки


-







Суммарный расход стали


53,8




38,8


21

Суммарный расход железобетона

0,1




0,1





Принимаем к дальнейшей разработке нормальный тип балочной клетки:

- настил железобетонный, толщиной tн = 10 см;

- балки настила стальные с шагом а1 = 1,5 м.
5. Расчет главной балки


Сечение сварной балки двутавровое симметричное, составленное из трех металлопрокатных листов. Выбираю сталь С 345, с расчетным сопротивлением Ry = 300 МПа (толщина проката 20÷40 мм).

 

5.1 Определение усилий


При частом расположении балок настила (шаг а1 = 1,5 м < l/5 = 15/5 = 3 м) сосредоточенную нагрузку, передаваемую на главную балку от балок настила, заменяем равномерно распределенной нагрузкой.

Расчетная схема главной балки представлена на рис.5.


Рис. 6. Расчетная схема главной балки


Нормативная нагрузка


.


Расчетная нагрузка


где b = 9 м - шаг главных балок.

Расчетный изгибающий момент в середине пролета

Нормативный изгибающий момент

Расчетная поперечная сила в опорном сечении



5.2Компоновка сечения


Рис. 7. Сечение главной балки


Балку рассчитываем в упругой стадии работы. Из условия прочности требуемый момент сопротивления балки


,


где Ry = 300 МПа при толщине проката более 20 мм;

Назначаем высоту сечения балки h, которая определяется максимально допустимым прогибом балки, связанным с жесткостью балки, экономическими соображениями и строительной высотой перекрытия Н, т.е. разностью отметок верха настила и верха габарита помещения под рабочей площадкой. Минимальная высота из условия жесткости



где fu = l/225 = 0,0044 при пролете l = 15 м - предельный прогиб главной балки.

Высота разрезной главной балки принимается в пределах (1/10…1/13)l = =(1,5…1,15 м). Предварительно принимаем высоту балки h = 1,5 м.

Оптимальная высота балки из условия наименьшего расхода стали



здесь tw - толщина стенки балки, предварительно определяемая по эмпирической зависимости tw = 7 + 3h/1000 = 7 + 3·1500/1000 = 11,5 мм.

Принимаем tw = 12 мм.

Максимально возможная высота балки

hстр = H - (tн + hбн + Δ) = (1080 -800) - (10 + 49,6 + 14) = 206,4 см,
где Δ= fu + (30 …100 мм) = 6,67 + 7,33 = 14 см - размер, учитывающий предельный прогиб балки fu = 6,67 см и выступающие части, расположенные ниже нижнего пояса балки (толщина стыковых накладок, болты, элементы связей т.п.).

Требуемая площадь пояса


 


Ширина пояса bf = h/3 = 150/3 = 50 см.

Толщина пояса tf = / bf = 115,23/50 = 2,3 см.

Сравнивая полученные данные, окончательно назначаем высоту балки h = 1550 мм. Приняв толщину поясов tf = 25 мм, ширину поясов bf = 530 мм, стенку выполняем из листовой горячекатаной стали по ГОСТ 19903-74 высотой hw = 1500 мм и толщиной tw = 12 мм.

Проверяем необходимость постановки продольных ребер жесткости. Условная гибкость стенки



следовательно, продольные ребра жесткости не требуются.

Проверяем местную устойчивость сжатого пояса, для чего отношение свеса пояса = (530-12)/2 = 259 мм к его толщине tf должно быть не более предельного, определяемого по СНиП [1],

Условие выполняется.


5.3 Проверка прочности принятого сечения балки


По назначенным размерам вычисляем фактические геометрические характеристики сечения:

- момент инерции



- момент сопротивления



- площадь сечения



По найденной площади A и плотности стального проката ρ = 7850 кг/м3 определяем вес 1 пог. м балки



где k = 1,1 - конструктивный коэффициент, учитывающий увеличение веса балки за счет ребер жесткости, накладок и т.п.

Уточняем расчетные значения изгибающего момента M и поперечной силы Q с учетом собственного веса главной балки, для этого определяем:

- нормативную нагрузку



–   расчетную нагрузку




- расчетный изгибающий момент



- нормативный изгибающий момент



- поперечную силу



Проверка прочности балки по нормальным напряжениям


 Недонапряжение в балке составляет



что допустимо в составном сечении согласно СНиП [1].

Прочность балки обеспечена.

 

5.4 Изменение сечения балки по длине


Сечение составной балки, подобранное по максимальному изгибающему моменту в середине пролета, можно уменьшить в местах снижения моментов. Наибольший эффект дает симметричное изменение сечения на расстоянии x = l/6 от опор. Наиболее простым является изменение сечения за счет уменьшения ширины пояса (рис.7).

Рис. 8. Изменение сечения балки по длине


Стыкуем сжатый и растянутый пояса прямым сварным швом с выводом концов шва на подкладки с применением полуавтоматической сварки без использования физических способов контроля качества швов. Расчетное сопротивление таких сварных соединений при растяжении принимается пониженным

Для снижения концентрации напряжений при сварке встык элементов разной ширины на элементе большей ширины делаем скосы с уклоном 1:5. Определяем расчетный момент и перерезывающую силу на расстоянии



Определяем требуемые:

-момент сопротивления измененного сечения, исходя из прочности сварного стыкового шва, работающего на растяжение,

Требуемая площадь пояса

Толщина пояса bf1 = / tf = 74,08/2,5 = 29,63 см.

По конструктивным требования ширина пояса должна отвечать условиям:


-

-

-


По сортаменту принимаем измененный пояс из универсальной стали сечением 300´25 мм, площадью

Вычисляем геометрические характеристики измененного сечения:

- момент инерции


- момент сопротивления



- статический момент пояса относительно нейтральной оси х-х



- статический момент половины сечения относительно оси х-х


Производим проверку прочности балки в месте изменения ее сечения в краевом участке стенки на уровне поясных швов на наиболее неблагоприятное совместное действие нормальных и касательных напряжений, для чего определяем:


Рис. 9. К проверке прочности балки


- нормальные напряжения


- касательные напряжения


- приведенные напряжения



где 1,15 - коэффициент, учитывающий локальное развитие пластических деформаций в стенке балки.

Проверка прочности на срез по касательным напряжениям


Прочность балки обеспечена.

 

5.5 Проверка общей устойчивости балки


Общая устойчивость балки считается обеспеченной при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный, а также, если соблюдается условие: отношение расчетной длины балки lef к ширине сжатого пояса bf не превышает критическое, определяемое по формуле



где lef = 1,5 м - расстояние между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений, равное шагу балок настила a1.

В середине пролета балки

В месте уменьшения сечения балки

Устойчивость балки обеспечена.

 

5.6 Проверка местной устойчивости элементов балки

5.6.1. Проверка местной устойчивости сжатого пояса не требуется, так как она была обеспечена надлежащим выбором отношения свеса пояса к толщине (см.п.5.2).


5.6.2. Проверка местной устойчивости стенки балки

Определяем условную гибкость стенки


,


следовательно, поперечные ребра жесткости необходимы. Расстояние между основными поперечными ребрами a не должно превышать 2hw при `lw > 3,2. Расстояние между ребрами назначаем , что увязывается с шагом балок настила.


Рис. 10. Схема балки, укрепленная поперечными ребрами жесткости

Ширина выступающей части парного ребра

Страницы: 1, 2


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.