Расчёт балочной клетки усложнённого типа

Расчёт балочной клетки усложнённого типа

Министерство образования Российской Федерации

Якутский государственный инженерно-технический институт

Пояснительная записка

к курсовой работе

Расчёт балочной клетки усложненного типа

Выполнил: студент 3 курса гр. ВиВ-02

Сорокин Роман

Проверил: Кузьмин И.Н.

Якутск 2004г.

Содержание

стр.

Ведение 3

1. Исходные данные на проектирование

стальной балочной клетки усложненного типа 4

2. Расчёт настила 5

3. Расчёт балки настила 8

4. Расчёт вспомогательной балки 10

5. Расчёт составной сварной главной балки 16

Заключение 23

Использованная литература 24

Ведение

Рабочие площадки служат для размещения производственного оборудования на

определенной высоте в помещении цеха промышленного здания. В конструкцию

площадки входят колонны, балки, настил и связи. Система несущих балок

стального покрытия называется балочной клеткой.

[pic][pic]

1. Колонна,

2. Главная балка,

3. Вспомогательная балка,

4. Балка настила,

5. Настил.

1. Исходные данные на проектирование стальной балочной клетки усложненного

типа

1) временная нагрузка – [pic]=12 кН/м2;

2) толщина настила площадки усложненного типа – 6 мм

3) пролет главной балки – 12 м

4) пролет вспомогательной балки – 6,00 м

5) габарит помещения под перекрытием – h = 6,6 м

6) отметка верха настила (ОВН) – Н = 8,4 м

7) тип сечения колонны – сплошная

8) сталь настила и прокатных балок – С235

9) сталь главной балки и колонны – С375

2. Расчёт настила

Сбор нагрузки на 1м2 настила:

|№ |Наименование |Нормативная |?f |Расчётная |

| |нагрузки |нагрузка, | |нагрузка, |

| | |кН/м2 | |кН/м2 |

|1 |Временная |12 |1,2 |14,4 |

| |нагрузка, Р | | | |

|2 |Собственный вес|0,462 |1,05 |0,485 |

| |настила, [pic] | | | |

|3 |Итого: |12,462 |– |14,885 |

| |[pic]=[pic]+Р | | | |

Средняя величина коэффициента надежности по нагрузке:

[pic]=1,194

Примем расчётную схему настила:

[pic]

Сварные швы крепления настила к балкам не дают возможности его опорам

сближаться при изгибе. Поэтому в настиле возникают растягивающие цепные

усилия Н. Изгиб настила происходит по цилиндрической поверхности.

Цилиндрический модуль упругости стали определяется по формуле:

[pic]

В расчете определим наибольший пролет полосы настила единичной ширины при

заданной толщине листа tH = 0,006 м и предельном прогибе

[pic]

[pic]

Принимаем L = 0,857 м, т.е. пролет LH укладывается 7 раз по длине

вспомогательной балки. Предельный прогиб для заданного пролета:

[pic]

[pic]м

Проверка прогиба настила.

Вычислим балочный прогиб, т.е. прогиб от поперечной нагрузки в середине

полосы шириной b = 1 м, имеющий цилиндрическую жесткость EiJ, без учета

растягивающей силы Н:

[pic]

Прогиб настила с учетом растягивающей силы Н:

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic] – проверка жёсткости настила удовлетворяется.

Проверка прочности настила

Изгибающий момент:

[pic]

Растягивающее усилие:

[pic]

Момент сопротивления настила:

[pic]

Проверка нормальных напряжений:

[pic]

[pic]

Rу – расчётное сопротивление материала настила, принимаем по СНиП II-23-

81.

?с – коэф. условий работы, принимаем по СНиП II-23-81.

[pic]– условие прочности выполнено.

3. Расчёт балки настила

Принимаем пролёт балки настила равным Lбн = 2 м

Сбор нагрузки на 1м балки

Нормативная от временной нагрузки, веса настила и веса балки настила:

[pic]

Расчётная от временной нагрузки, веса настила и веса балки настила:

[pic]

Подбор сечения прокатной балки

Изгибающий момент от расчётной нагрузки:

[pic]

Требуемый момент сопротивления:

[pic]

с1=1,1 – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в

первом приближении

Находим требуемый момент инерции по предельному прогибу:

Предельный прогиб для балки пролётом Lбн=2м по СНиП 2.01.07-85*

составляет: [pic]

[pic]

По Wтр, Jтр, по сортаменту подбираем уголок №9 ГОСТ 8509–93 со следующими

характеристиками: Jx=94,3 см4, А=12,3 см2, mбн=9,64 кг/м, b=90мм, t=7мм,

z0=2,47cм.

Момент сопротивления выбранного уголка:

[pic]

Уточняем коэффициент с1=с по таблице 66 СНиП II-23-81*: с= 1,6

Проверочный расчёт

Уточняем нагрузку

Нормативная от временной нагрузки, веса настила и веса балки настила:

[pic]

Расчётная от временной нагрузки, веса настила и веса балки настила:

[pic]

Максимальный изгибающий момент от расчётной нагрузки:

[pic]

Проверка нормальных напряжений

[pic]

[pic]

Rу – расчётное сопротивление материала настила, принимаем по СНиП II-23-

81.

[pic]– условие прочности выполнено.

Проверка касательных напряжений

Перерезывающая сила на опоре:

[pic]

[pic]

[pic]– несущая способность на срез обеспечена.

Проверка прогиба

[pic]

Относительный прогиб: [pic] hmin оставляем выбранную высоту

h=878мм.

Принимаем по ГОСТ 82-70 толстолистовую сталь шириной 800 мм. С учётом

обрезки кромок с двух сторон по 5 мм hw= 800 – 10 = 790 мм

По коэф. kw= 130 определяем толщину стенки:

[pic]

Принимаем tw = 7 мм. Толщину полок назначим равной tf = 11 мм

Полная высота балки:

h= hw +2 tf = 790 + 2?11 = 812 мм

Момент инерции стенки:

[pic]

Требуемый момент инерции полок:

[pic]

где Jтр max определим по двум значениям из условий:

а) прочности Jтр max = 0,5Wтр h = 0,5?2211,13?10-6?0,812 = 89771,9 см4

б) жесткости Jтр max = 106790,5 см4

Jтр =89771,9 – 41123,2 = 48648,7 см4

Требуемая площадь сечения полки:

[pic]

Толщину полки определяем из условия обеспечения её местной устойчивости:

[pic]

В расчёте было принято 1,1 см, что больше tf = 0,8 см

Ширину полки назначаем из условия [pic], т.е. [pic]

Принимаем среднее значение bf = 220 мм, что соответствует ширине листа

универсальной стали по сортаменту ГОСТ 82-70.

Уточняем вес главной балки

Уточним собственный вес балки по принятым размерам:

Площадь поперечного сечения: A = 2Af + Aw =2?1,1?22 + 0,7?79 = 103,7 см2

Нормативный вес погонного метра балки:

[pic] = ?s A ? = 77?0,01037?1,03 = 0,82 кН/м

где ?s = 77 кН/м3 – удельный вес стали;

? = 1,03 – конструктивный коэффициент, учитывающий вес рёбер

жёсткости и сварных швов.

Расчётный вес погонного метра балки:

[pic]= [pic]??fm = 0,82?1,05 = 0,861 кН/м

Уточняем усилия.

Изгибающие усилия от нормативных и расчётных нагрузок:

[pic]

[pic]

Перерезывающая сила на опоре:

[pic]

Геометрические характеристики сечения балки

Момент инерции:

[pic]

Af – площадь сечения одной полки: Af = bf tf = 22?1,1 =24,2 см2

Момент сопротивления:

[pic]

Находим отношение площадей полки и стенки:

[pic]

из таблицы 66 СНиП II-23-81* находим коэф. с1= 1,14

[pic]

Проверка прочности главной балки:

Проверка нормальных напряжений:

[pic]

Проверка касательных напряжений (проверяются в месте крепления опорного

ребра без учёта работы на срез полок):

[pic]

Проверка прогиба главной балки

[pic]

[pic]– условие жёсткости балки удовлетворяется.

Расчёт поясных сварных швов

Статический момент полки относительно оси Х–Х:

[pic]

Сдвигающая сила на единицу длины:

[pic]

Для стали С375 по табл. 55 СНиП II-23-81* принимаем сварочную проволоку

Св-10НМА для выполнения сварки под флюсом АН-348-А.

Определим требуемую высоту катета Кf поясного шва “в лодочку”.

1. Расчёт по металлу шва.

Коэф. глубины провара шва ?f =1,1 (СНиП II-23-81*, табл.34),

Коэф. условий работы ?wf =1 (СНиП II-23-81*, пп. 11.2),

Расчётное сопротивление металла Rwf =240 МПа

[pic]

2. Расчёт по металлу границы сплавления:

Коэф. глубины провара шва ?z =1,15 (СНиП II-23-81*, табл.34),

Коэф. условий работы ?wz =1 (СНиП II-23-81*, пп. 11.2),

Расчётное сопротивление металла Rwz =0,45Run =0,45?490= 220,5 МПа

[pic]

Сравнивая полученные величины, находим:

[pic]

Высота катета поясного шва должна быть не менее:

[pic]

[pic]

По толщине наиболее толстого из свариваемых элементов (tf =11 мм) по табл.

38 СНиП II-23-81*, принимаем kf = 6 мм

Проверка на устойчивость сжатой полки

Устойчивость полки будет обеспечена, если отношение свеса полки bef к её

толщине tf не превышает предельного значения:

[pic]

где расчётная ширина свеса полки bef равна:

[pic]

[pic]

[pic]

Т.к. 8,875<12,22, устойчивость поясного листа обеспечена.

Проверка устойчивости стенки балки

Для обеспечения устойчивости стенки вдоль пролёта балки к стенке

привариваются поперечные двусторонние рёбра жёсткости.

Расстояние между поперечными рёбрами при условной гибкости стенки [pic],

не должно превышать 2hw. Условная гибкость стенки определяется по формуле:

[pic]

Необходима установка рёбер жёсткости с шагом не более 2hw=2?79=158 см

Ширина рёбер должна быть не менее:

[pic]

Принимаем bh = 70 мм

Толщина ребра:

[pic]

Принимаем ts = 6 мм

Устойчивость стенок на скручивание можно не проверять, при

отношении:[pic]

[pic]

Заключение

В курсовой работе была рассчитана балочная клетка усложненного типа.

Расчёт производился по второй группе предельного состояния, т.е. по

деформативности расчётной конструкции, с обязательной проверкой по первой

группе предельных состояний, т.е. по потере несущей способности.

В результате расчёта получили следующие результаты:

1. Тип сопряжения балочной клетки – этажное,

2. Схема разбивки балочной клетки:

[pic]

Где: 1) Составная сварная главная балка: – полки 220x11 из широкополосного

универсального листа по ГОСТ 82-70;

– стенка 800х7 из широкополосного универсального листа по ГОСТ 82-70;

– рёбра жёсткости 70х6, шагом 1580 мм;

– высота катета поясного шва 6 мм;

2) Вспомогательная балка: швеллер №36 по ГОСТ 8240-89;

3) Балка настила: уголок равнополочный №9 с толщиной полки 7мм, по

ГОСТ 8509–93;

4) Настил: стальной лист толщиной 6 мм.

Использованная литература

1. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» МОСКВА 1996г.

2. СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» МОСКВА 1990.

3. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1 Элементы стальных конструкций:

Учеб. пособие для строит, вузов/ В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В.

Филиппов и др.; Под ред. В.В. Горева.— М.: Высш. шк., 1997.— 527 с.:

ил.

4. ГОСТ 82-70: Прокат стальной горячекатаный широкополосный

универсальный.

5. ГОСТ 8509-93: Уголки стальные горячекатаные равнополочные.

6. ГОСТ 8240-89: Швеллеры стальные горячекатаные.