Реферат: Проектирование металлических балочных клеток

Министерство образования и науки Украины

Одесская Государственная Академия строительства и архитектуры

Кафедра металлических, деревянных и пластмассовых конструкций

Пояснительная записка

к курсовому проекту по теме:

Проектирование металлических балочных клеток

Выполнила:

т. гр. ПГС-313т

Федорюк Т.А.

Проверил:

Михайлов А.А.

Одесса-2010

Содержание

Задание

Исходные данные для проектирования

Компоновка балочной клетки

Расчет балок настила

Расчет и конструирование главных балок

3.1 Подбор сечения балки

3.2 Выбор сопряжения главных балок с балками настила

3.3 Проверка общей устойчивости балки.

3.4 Проверка местной устойчивости элементов главной балки

3.5 Расчет поясных швов

3.6 Расчет опорных частей балки

3.7 Расчет и конструирование сопряжений балок настила с главными балками

Список литературы

Исходные данные для проектирования:

Пролет главных балок L=12,0 м

Шаг главных балок l=3,5 м

Отметка уровня пола площадки Н=3,5 м

Временная длительная нормативная нагрузка gn=12 кН/м2

Материал металлических конструкций: сталь С255

Тип настила – железобетонная плита.

Компоновка балочной клетки

Балочные клетки перекрытий представляют собой плоские системы стержневых элементов опирающихся на вертикальные конструкции зданий и воспринимающих поперечную распределенную нагрузку. Металлические балочные клетки нормального типа включают балки настила (второстепенные балки) по верхнему поясу которых монтируется железобетонный настил перекрытия. Балки настила в балочных клетках данного типа опираются непосредственно на главные балки, которые в свою очередь переедают нагрузку на стены или колонны здания.

На основании исходных данных задания разрабатывается расчетная схема балочной клетки, включающая ее основные размеры: пролета и шага главных балок, шага балок настила, привязку балок настила к осям.

Компоновку балочной клетки нормального типа следует начинать с разбивкисетки осей. Главные балки необходимо располагать в направлении бальшего ее шага, а балки настила – в перпендикулярном направлении.

Шаг а балок настила принимается постоянным:

а=1,5…3,0м при железобетонном настиле.

Принимаем:

Для упрощения и унификации узлов сопряжения балок настила с главными балками, следует стремиться к смещению осей балок настила на половину шага от осей опор главных балок, что приводит к необходимости размещения в торцах балочной клетки дополнительных балок.

2. Расчет балок настила

Определение величин нагрузок действующих на балку:

/>, кН/м — нормативная нагрузка

/>, кН/м — расчетная нагрузка

где:

/>— нормативная постоянная нагрузка от собственного веса настила;

/>кН/м3 — плотность материала настила (тяжелый железобетон);

/>и /> — коэффициенты надежности по нагрузке.

/>кН/м2

/>кН/м

Определение максимальных усилий в балке, от действующей на нее расчетной нагрузки:

/>кНм

/>кН

Определение требуемого момента сопротивления балки:

/>см3

где:

/>кН/см2 — расчетное сопротивление стали изгибу;

/>— коэффициент учитывающий развитие пластических деформаций;

/>, кНм — максимальный изгибающий момент.

По сортаменту принимаем номер двутавра так, чтобы при этом удовлетворялось условие />.

Принимаем двутавр №24:

/>см3; />см4; />см3; />см.

Проверяем прочность назначенного сечение балки по первой группе предельных состояний:

— нормальные напряжения: />, кН/см2

/>кН/см2/>= 24 кН/см2;

Прочность подобранного сечения обеспечена.

--PAGE_BREAK--

Вычислим недонапряжение балки:

Сечение подобрано удовлетворительно.

Жесткость назначенного сечения проверяется по второй группе предельных состояний:

/>см/>см

где:

/>— предельно допустимое значение относительного прогиба;

/>— нормативная погонная нагрузка на балку, кН/см;

/>кН/см2 — модуль упругости стали.

Жесткость подобранного сечения обеспечена.

Общую устойчивость балок допускается не проверять при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс конструкции и надежно с ним связанный, что имеет место в рассматриваемом случае.

Местная устойчивость элементов прокатных профилей не проверяется, так как она обеспечена при проектировании их сортамента.

3. Расчет и конструирование главных балок.

3.1 Подбор сечения балки.

Определение величины сил, которыми загружается главная балка:

/>кН

Определение величины опорных реакций и внутренних усилий в главной балке:

/>кН

/>— коэффициент, учитывающий собственный вес главной балки, принимаем />.

/>кНм;

/>/>кНм;

/>кН;

Определяем требуемый момент сопротивления сечения главной балки из расчета в упругой стадии работы материала:

/>см3

Где:

/>— максимальный изгибающий момент по длине главной балки;

/>кН/см2 — расчетное сопротивление стали главной балки.

Высота сечения главной балки из условия минимального расхода материала:

/>см.

Поскольку для курсовой работы сталь с большим модулем не предусмотрена, увязываясь с сортаментом листовой стали окончательно принимаем />см. В соответствии с рекомендуемой гибкостью стенки />, ее толщина определяется как

/>см.

Окончательно принимаем />см.

Проверим прочность стенки при ее работе на срез под действием максимальной поперечной силы:

/>/>

/>см/>см.

Прочность обеспечена.

Где:

/>кН — максимальная поперечная сила в сечениях главной балки;

/>см – высота балки;

/>кН/см2 – расчетное сопротивление стали срезу.

Площадь поперечного сечения отдельного пояса балки

/>см2.

Задаваясь шириной пояса:

/>см

находим его толщину:

/>см.

Увязываясь с сортаментом листовой стали, окончательно принимаем

/>см, />см.

/>см/>см

Проверяем скомпонованное сечение в соответствии с требованиями:

1. />мм/>мм;

2. />мм/>мм;

3. />мм/>мм.

Конструктивные требования выполнены.

4. />.

Условие свариваемости выполнены.

5. />мм/>.

продолжение
--PAGE_BREAK--

Условие равномерного распределения напряжений по ширине пояса выполнено.

6. />

Условие обеспечения местной устойчивости пояса выполнено.

Определяем геометрические характеристики скомпонованного сечения:

— момент инерции

/>см4

— момент сопротивления

/>см3

— статический момент полки балки относительно нейтральной оси X – X

/>см3

— статический момент половины сечения относительно нейтральной оси X – X

/>см3.

Проверим прочность балки на срез при действий максимальных касательных напряжений

/>кН/см2

Таким образом, недонапряжения не превышают допустимого уровня.

Проверим прочность балки на срез при действии максимальных касательных напряжений

/>кН/см2/>кН/см2

Прочность обеспечена.

При принятой расчетной схеме конструкций главной балки относительный прогиб определяется по формуле:

Где /> предельно-допустимое значение относительно прогиба главной балки,

3.2 Выбор сопряжения главных балок с балками настила.

Принимаем сопряжение главных балок с балками настила в одном уровне.

Проверка общей устойчивости балки

Проверка общей устойчивости балки не выполняется.

Проверка местной устойчивости элементов главной балки

Местная устойчивость сжатого пояса обеспечена при компоновке сечения балки />. />.

Местная устойчивость стенки

Местная устойчивость стенки составной балки может обеспечиваться ее толщиной, однако подобное решение приводит к значительному перерасходу стали при сечениях большой высоты. Более рациональным считается усиление стенки составной балки ребрами жесткости, устанавливаемыми в местах расположения балок настила.

Часть стенки, ограниченная поясами и ребрами жесткости, называется «отсеком». Длина отсека />ограничивается в зависимости от величины гибкости балки.

/>при />

/>см при />

Ребра жесткости, усиливающие стенку балки, могут быть одно- и двухсторонними. Т.к. мы приняли сопряжение главных балок с балками настила в одном уровне, мы выбираем двусторонние ребра жесткости.

Определим ширину ребер из условия

/>см.

Округляясь до 0,5см, принимаем />см.

Толщина ребер жесткости зависти от их ширины и определяется из условия

/>см

Окончательно, увязываясь с сортаментом листовой стали, принимаем />см, />см.

Определим средние значения изгибающих моментов и поперечных сил в пределах каждого отсека

/>кН;

/>кНм;

/>/>

Нормальные расчетные сжимающие напряжения на уровне поясных швов при симметричном сечении балки и средние касательные напряжения определяются по формулам

/>; />.

/>кН/см2;

Критические напряжения, по достижении которых стенка теряет устойчивость

/>;

/>кН/см2.

продолжение
--PAGE_BREAK--

/>.

Где

/>-коэффициент, принимаемый для сварных балок в зависимости от коэффициента

Т.к. мы приняли сопряжение в одном уровне, т.е. плиты опираются на балку непрерывно /> принимаем />;

/>— отношение большей стороны рассматриваемого отсека к меньшей;

/>; />.

/>— условная гибкость стенки на меньшей стороне рассматриваемого отсека;

/>— меньшая из сторон рассматриваемого отсека.

/>; />.

/>кН/см2; />кН/см2.

Проверка местной устойчивости каждого отсека стенки выполняется по формуле

Где /> — коэффициент условий работы равный 1.

допускается использование односторонних поясных швов.

1йотсек:

/>.

Местная устойчивость обеспечена, допускается использование односторонних поясных швов.

2йотсек:

Местная устойчивость обеспечена, допускается использование односторонних поясных швов.

3йотсек:

Местная устойчивость обеспечена, допускается использование односторонних поясных швов

3.5 Расчет поясных швов

Поясные угловые швы выполняются автоматической сваркой. Расчет этих швов производится на сдвигающее усилие, действующие на единицу их длины

/>кН/см.

Поясной шов рассчитывается на условный срез по двум сечениям

— по металлу шва (сечение 1)

/>.

/>кН/см2/> кН/см2.

Прочность на срез по металлу шва обеспечена.

— по металлу границы сплавления (сечение 2)

/>кН/см2/> кН/см2.

Прочность на срез по металлу границы плавления обеспечена.

Где:

/>— количество швов, для односторонних соответственно />;

/>— катет шва. Принимаем />см;

/>— коэффициенты глубины провара шва. Соответственно при автоматической сварке проволокой с />мм c положением шва “нижнее" />, />;

/>— расчетное сопротивление срезу по металлу шва. Принимаем проволоку марки Св-08 с />кН/см2;

/>— расчетное сопротивление срезу по металлу границы плавления

/>кН/см2.

/>— нормативное значение временного сопротивления. />кН/см2.

3.6 Расчет опорных частей балки

Узел опирания на колонну крайнего ряда

На опоре балки действует реакция />, восприятие которой предусматривается через опорные ребра.

При размещении опорных ребер в узле, расположенном над колонной крайнего ряда, используем решение, предусматривающее их постановку непосредственно по оси колонны. Нижние торцы ребер в этом случае фрезеруются для плотной пригонки к поясу балки, а для пропуска поясных швов в ребрах срезают углы, что уменьшает их ширину по торцу 40мм.

Задаемся шириной опорных ребер, исходя из условия

/>см

Где:

/>см — ширина пояса главной балки;

/>см – толщина стенки главной балки.

Принимаем />см. Толщину опорных ребер назначаем из условия смятия торцов, принимая во внимание срезы углов

/>см

Из условия местной устойчивости проверяем найденную толщину опорного ребра

продолжение
--PAGE_BREAK--

/>см > />см

Окончательно, увязываясь с сортаментом листовой стали, принимаем />см.

Устойчивость опорной части балки из плоскости стенки проверяют, рассматривая ее как условный шарнирно-опертый стержень, равный по высоте стенке балки. Площадь поперечного сечения такого стержня включает, кроме опорных ребер, еще и части балки, участвующие в восприятии опорной реакции:

/>см2

Определим момент инерции, радиус инерции сечения и гибкость этого стержня:

/>см4

/>см

/>;

Выполним проверку

/>кН/см2/> кН/см2

Устойчивость обеспечена.

Узел опирания на колонну среднего ряда

На колонне среднего ряда устанавливаются две главные балки, что приводит к необходимости более компактного решения их узлов опирания. В этом случае единое опорное ребро приваривается к торцу балки. Ширина такого ребра назначается из условия

/>см

Принимаем />см.

Толщина опорного ребра из условия смятия

/>см

проверяем из условия местной устойчивости

/>0,6 см < />см

Окончательно, увязываясь с сортаментом листовой стали, принимаем />см.

Устойчивость из плоскости стенки проверяется с учетом участия в работе части принадлежащей стенки балки. В этом случае площадь, момент инерции, радиус инерции поперечного сечения и гибкость условного стержня будут равны

/>см2

/>см4

/>см

Выполним проверку

/>кН/см2/> кН/см2

Устойчивость обеспечена.

3.7 Расчет и конструирование сопряжений балок настила с главными балками

В случае сопряжения балок в одном уровне, стенка балки настила крепится к ребру жесткости главной балки на болтах, для чего в ее полке и части стенки делаются вырезы.

Максимально допустимый диаметр отверстия в балке настила />см.

Определяем наружный диаметр болтов соединения, его величина для болтов класса точности В принимается на 3мм меньше диаметра отверстия, т.е.

/>см.

Окончательно, увязываясь с существующими диаметрами болтов, принимаем d=18мм.

В соответствии с принятым диаметром болтов уточняется диаметр их отверстий

/>см.

Расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом, определяется для случаев:

— среза болта соединяемыми элементами

/>кН

— смятия наиболее тонкого из соединяемых элементов

/>кН

Где: