Проектирование металлической балочной конструкции
Проектирование металлической балочной конструкции
Федеральное
агентство по образованию
Государственное
образовательное учреждение высшего
профессионального
образования
Кафедра: Строительных
конструкций
Курсовой
проект по дисциплине
"Металлические
конструкции"
На тему: "Проектирование металлической
балочной конструкции"
Выполнил: ст. гр. ПГС
Маковецкий А.О.
Проверил :
Тонков Л.Ю.
Пермь 2009
Содержание
1. Исходные данные
2. Компоновочное решение
3. Расчет и конструирование балок
3.1 Вспомогательные балки
3.1.1. Сбор нагрузок
3.1.2. Силовой расчет
3.1.3. Назначение типа сечения вспомогательных балок и
марки стали
3.2 Главные балки
3.2.1 Силовой расчет
3.2.2 Компоновка сечения и проверка прочности и общей
устойчивости
3.2.3 Изменение сечения главной балки
3.2.4 Проверка общей устойчивости и деформативности балок
3.2.5 Проверка местной устойчивости балок
3.2.6 Расчет поясных швов, опорных частей балок, узлов
сопряжений балок
4. Расчет и конструирование колонн
4.1 Выбор расчетной схемы
4.2 Компоновка сечения колонны
4.3 Проверка сечения колонны
4.4 Конструирование и расчет оголовка колонны
4.5 Конструирование и расчет базы колонны
4.6 Подбор сечения связей по колоннам
Литература
1.
Исходные
данные
Длинна пролета
|
L
|
10.2
|
м
|
Длинна
второстепенной балки
|
l
|
6.2
|
м
|
Высота колоны
|
Hк
|
7.8
|
м
|
Толщина плиты настила
|
tпл
|
8
|
см
|
Нагрузка
|
qн
|
13
|
кН/м2
|
Схема пролета
2.
Компоновочное
решение
Проектирование сооружения начинаем с
назначения компоновочной схемы, в которой за основу, принимаем балочную клетку
нормального типа, опирающуюся на центрально-сжатые колонны. Устойчивость
сооружения в плоскости главных балок обеспечивается путем примыкания этих балок
к жесткому блоку (для рабочих площадок – это каркас здания цеха). В плоскости,
перпендикулярной главным балкам, устойчивость сооружения обеспечивается путем
постановки связей по колоннам, т.е. созданием диска.
3.
Расчет и
конструирование балок
3.1 Вспомогательные балки
3.1.1 Сбор нагрузок
Нагрузка на вспомогательные и все нижележащие конструкции
состоит из постоянной составляющей и временной (полезной) нагрузки.
Сбор нагрузок на рабочую
площадку:
№ п/п
|
Наименование нагрузки
|
Нормативная нагрузка, кН/м2
|
|
Расчетная нагрузка, кН/м2
|
Постоянная
нагрузка
|
1
|
Пол асфальтобетонный:
|
0.72
|
1.3
|
0.94
|
t=
|
40
|
мм
|
=
|
18
|
кН/м3
|
2
|
Монолитная ж/б плита:
|
2.00
|
1.1
|
2.2
|
t=
|
8
|
мм
|
=
|
25
|
кН/м3
|
3
|
Собственный вес второстепенных балок:
|
0,20
|
1.05
|
0.21
|
Итого постоянная нагрузка q:
|
2.92
|
|
3.35
|
4
|
Полезная нагрузка p:
|
13
|
1.2
|
15.6
|
Всего нагрузка (q+p):
|
15.92
|
|
18.95
|
3.1.2 Силовой расчет
Погонная нагрузка на
вспомогательные балки равна:
g = (p + q)·a = 18.95·1.7 = 32.215 кН/м.
Опорные реакции:
VA = VB = g·l/2 = 32.215·6.2 / 2 = 99.867 кН.
Максимальный изгибающий
момент:
Mmax = g·l2/8 = 32.215·6.2² / 8 = 154.793 кНм.
Максимальная поперечная
сила:
Qmax = VA = 99.867 кН.
3.1.3 Назначение типа сечения
вспомогательных балок и марки стали
Сечение принимаем в виде
стального горячекатаного двутавра с параллельными гранями полок по ГОСТ
26020-83.
Марка стали С255. Расчетное сопротивление марки стали Ry (по пределу текучести) принимаем по
СНиПу II-23-81*: Ry = 240Мпа.
Сечение балок назначаем
из условия прочности:
σ = Mmax· γn / C1·Wn,min £ Ry· γc, (3.1.1)
где Мmax – максимальный расчетный изгибающий
момент в балке;
Wn,min – момент сопротивления сечения
балки, т.е. требуемый Wтр;
γс – коэффициент условия работы балки, γc = 1 (СНиП II-23-81*);
γn – коэффициент надёжности, γn=0.95;
С1 – коэффициент, принимаем равный С1
= С = 1.12 (СНиП II-23-81*).
Из условия прочности
(3.1.1) находим требуемый момент сопротивления:
Wтр = Мmax· γn / C1·Ry·γc, (3.1.2)
Wтр =154.793·103·0.95 /
1.12·240·106·1 = 547.073 см³.
Зная Wтр = 547.073 см³, подбираем по сортаменту СТО
АСЧМ 20-93 Б, ближайший номер профиля с избытком, Wx > Wтр и выписываем из сортамента для него
геометрические характеристики:
Двутавр 35 Б1:
Wy = 641.3 м³; Wz = 91 м³;
Iy = 11095 см4; Iz = 791.4 см4;
iy = 14.51 см; iz = 3.88 см;
Sy = 358.1 м³; It = 13.523 см4;
A = 52.68 см2 ;
t = 9 мм;
b = 174 мм;
h = 346 мм ;
s = 6 мм.
Проводим проверки
прочности:
σ = Mmax· γn / C1·Wy £ Ry· γc, (3.1.3)
где по СНиПу II-23-81* C1
= 1.09.
σ = 154.793·10³·0.95 / 641.3·10-6·1.09
= 210.4 МПа.
σ = 210.4 МПа < Ry· γc = 240 МПa,
τ =
Qmax· γn / hw·tw (3.1.4)
τ = 99.867·10³·0.95 / 6·10-3·328·10-3 = 48.21 МПа.
проверка прочности
выполняются.
Проверку деформативности балок производим от действия
нормативных нагрузок и при равномерно распределенной нагрузке используем
формулу:
ƒ/l =
5·gн·l3/384·E·Iy
£ [ƒ/l], (3.1.5)
где l - пролет балки, равный l = 6.2 м;
gн = (pн + qн) · a = 27.064 кН/м;
Е = 2,06·105 МПа;
[ƒ/l] - нормируемый относительный прогиб балки,
принимаем по СНиПу II-23-81*: [ƒ/l] = 1/200.556.
ƒ/l = 5·27.064·103·6.23/384·2.06•106·11095·10-6
= 6.375·10-3.
ƒ/l = 6.375·10-3 < [ƒ/l]= 4.986·10-3,
проверка деформативности
выполняется.
Проверка общей
устойчивости балок производится по формуле:
σ = Mmax· γn /φb·Wy £ Ry· γc, (3.1.6)
Wy – принятый момент сопротивления
балки;
γс = 0.95 при проверке устойчивости;
φb – коэффициент, определяемый по СНиПу II-23-81*.
Определяем φb , находим по формулe:
φ1 = ψ·Iz/Iy·(h/lef)²·E/Ry
(3.1.7)
где h – высота сечения балки;
ψ – коэффициент, определяем по
формуле:
ψ =
1,6 + 0.08·α (3.1.8)
α =
1.54·It/ Iz·(lef/h)²
(3.1.9)
α =
1.54·13.523/791.4·(6.2/0.346)2 = 8.449;
ψ = 1.6+0.08∙8.449 =
2.276;
φ1 =
2.276·791.4/11095·(0.346/6.2)2·2.06·105/240 = 0.434;
φ1 < 0.85 → φb = φ1;
σ = 154.793·103·0.95/641.3·10-6·0.434
= 528.4 МПа;
Проверка общей
устойчивости не выполняется. В связи с тем, что настил ж/б устойчивость
обеспечится.
3.2 Главные балки
3.2.1 Силовой расчет
F=2·Rв.б.·α = 2·99.867·1.05 = 209.721 кН;
VA
= VB = 30.6·F / L = 30.6·209.721 / 10.2 = 629.763 кН;
Mmax
= 5.1·
VA - 7.65·F= 5.1·629.163 – 7.65·209.721 = 1604.366 кНм;
Qmax
= VA = 629.763 кН.
3.2.2 Компоновка сечения и проверка прочности и общей
устойчивости
Главные балки
проектируются сварными составного сечения. Тип сечения – симметричный двутавр.
Компоновка сечения начинается с назначения высоты балки 'h'. В нашем случае высота балки назначается исходя из
двух критериев:
1. Из условия экономичности.
2. Из условия жесткости балки.
Исходя, из условия
минимального расхода стали, высота балки определяется при h ≤ 1.3 по формуле:
hопт = k·ÖWт р/ tw, (3.2.1)
где h – высота балки, определяется в первом
приближении как h
≈ 0.1•L, h ≈1.02<1.3 м;
L – пролет главной балки;
к = 1.15 – для балок постоянного
сечения;
γс = 1.
Wтр = Mmax·γn / Ry· γc, (3.2.2)
Wтр = 1604.366·103·0.95 /
240·106·1 = 6351 см³,
tw = [7 + 3· (h,м)], 3.2.3)
tw = 7 + 3·1.02 = 10.06 мм, округляем кратно 2 мм: tw = 12 мм,
hопт = 1.15·Ö6351 / 1.2 = 83.662 cм < 1.3 м.
Из условия обеспечения требуемой жесткости:
hmin = 5·Ry ·γc·L· [L/ƒ] ·(pн+ qн) / [24·E·(p + q) ·γn], (3.2.4)
где по СНиПу II-23-81*:
[L/ƒ] =
1/211.667,
hmin = 5·240·106·1·10.2·211.667·15.92
/ [24·2.06·106·18.95·0.95] = 47.7 см.
Из полученных высот hопт, hmin принимаем большую h = hопт = 83.662 см, следуя рекомендациям при h <
1м – принимаем h
кратную 5 см, т.е. h
= 85 см. Минимально допустимая толщина стенки из условия прочности на
срез определяется по формуле:
tw(min) ³ 1.5·Qрасч·γn / hef·Rs·γc, (3.2.5)
где Rs – расчетное сопротивление стали
сдвигу в зависимости от значения Ry:
Rs = 0.58·Ry;
Rs = 0.58·240·106 = 139.2 МПа;
hef – расчетная высота стенки, равная hef = 0.97·h.
hef = 0.97∙85=82 см;
tw(min) ³ 1.5·629.163·103·0.95 /
0.82·139.2·106 = 7.86 мм.
Т.к. tw(min) > 6 мм, то согласно сортаменту, толщиной
кратной 2 мм., принимаем толщину стенки tw = 8 мм.
Повторяем вычисления:
hопт = 1.15·Ö6351 / 0,8 = 102.465 cм > 1 м округляем кратно 10 см →
h=110 см
tw(min) ³ 1.5·629.163·103·0.95 /
1.1·139.2·106 = 6.036 мм > 6 мм → tw = 8 мм.
Для определения значений bf, tf необходимо найти требуемую площадь
пояса Аf по формуле:
Af = 2·(Iy – Iw)/h², (3.2.6)
где Iy – требуемый момент инерции,
определяемый по формуле:
Iy = Wтр·h/2, (3.2.7)
Iw – момент инерции стенки сечения,
определяемый по формуле:
Iw
= tw·hef 3/12, (3.2.8)
Iy
=
6351·110/2 = 349300 см4,
Iw = 0.8·106.7³/12 = 80980 см4,
получаем:
Af = 2·(349300 – 80980)/110² =
44.35 см².
Ширину пояса выбираем из
условия:
bf = (1/3 - 1/5) ·h, (3.2.9)
tf = Af/bf, (3.2.10)
bf и tf назначаем с учетом сортамента на
листовую сталь, при этом должно выполняться условие:
bf/tf
< |bf/tf| » ÖE/Ry. (3.2.11)
bf = (1/3 - 1/5)·110 = 289.5 мм, округляем кратно 20 мм → bf = 300 мм;
тогда
tf = 44.35/30 = 1.49 см, округляем кратно 2 мм → tf = 16 мм;
В
соответствии с сортаментом и расчетом принимаем следующие величины по ГОСТ 82-70: tf = 16 мм, bf = 300 мм.
Окончательное значение:
Страницы: 1, 2, 3
|