Размещено на http://allbest.ru

Міністерство освіти і науки України

Національний університет “Львівська політехніка”

Інститут будівництва та інженерії довкілля

Кафедра будівельних конструкцій та мостів

Пояснювальна записка

до курсового проекту з курсу “Металеві конструкції”

Розрахунок і конструювання основних несучих металевих конструкцій

Виконала:

ст.гр.ПБ-31

Бігун Віта

Прийняв:

Бобало Т.В.

Львів -2003

1. Вибір схеми балочної клітки

1.1 Варіант 1 - нормальний тип балочної клітки

Навантаження на 1м смуги настилу:

- корисне навантаження (нормативне) - ;

- вага підлоги - .

Сумарне навантаження: .

Знаходимо співвідношення прольоту настилу до його товщини:

,

де - відношення прольоту настилу до його граничного прогину;

.

Приймаємо , тоді . Приймаємо крок балок настилу . Нормативне навантаження на 1м погонний довжини балки настилу:

;

.

Максимальний згинальний момент посередині прольоту і поперечна сила на опорі:

Потрібний момент опору:

.

Приймаємо двотавр № 36, ,

Розрахункові зусилля з врахуванням власної ваги балки:

навантаження:

зусилля:

Перевіряємо міцність підібраної балки:

.

Загальна стійкість балки забезпечена суцільною приваркою настилу. Прогин балки:

.

Отже, підібрана балка задовольняє умовам міцності, стійкості і жорсткості.

1.2 Варіант 2 - ускладнений тип балочної клітки

Крок балок настилу .Товщину настилу приймаємо . Проліт балок настилу , проліт другорядних балок . Навантаження на другорядні балки приймаємо рівномірно розподіленим

Нормативне навантаження на 1м погонний довжини балки настилу:

;

розрахункове навантаження:

.

Максимальний згинальний момент посередині прольоту і поперечна сила на опорі:

Потрібний момент опору:

.

Приймаємо двотавр № 33, , , маса .

Максимальний згинальний момент з врахуванням власної ваги балки:

.

Перевірка міцності підібраного січення балки:

.

Прогин балки:

.

Нормативне навантаження на 1м погонний довжини другорядної балки:

;

розрахункове навантаження:

.

Максимальний згинальний момент посередині прольоту:

Потрібний момент опору:

.

Приймаємо двотавр № 60, , , маса .

Максимальний згинальний момент з врахуванням власної ваги балки:

.

Максимальне напруження в балці:

.

Перевірка прогину другорядної балки:

.

Підібрана балка задовольняє умовам міцності, стійкості і жорсткості.

1.3 Техніко-економічне порівняння варіантів

Для першого варіанта( нормальний тип балочної клітки)

2. Розрахунок і конструювання головної балки

2.1 Розрахункова схема

Размещено на http://allbest.ru

2.2 Визначення висоти головної балки

Навантаження на погонний метр балки:

;

.

Розрахункові зусилля:

Потрібний момент опору:

.

Мінімальна висота (з умови жорсткості):

.

Оптимальна висота балки при гнучкості стінки :

.

Приймаємо висоту стінки , товщину поясів . Тоді висота балки:

Прийнята висота більше і майже дорівнює .

2.3 Підбір перерізу головної балки

Визначаємо товщину стінки балки:

.

.

.

Приймаємо товщину стінки , товщина пояса орієнтовно .

Знаходимо потрібну площу поясів :

Приймаємо, що пояси виготовлені з листів універсальної сталі . Площа поясу .

Умови , , , , задовольняються:

Перевіряємо умову забезпечення стійкості верхнього стиснутого поясу:

- умова задовольняється

2.4 Остаточна перевірка балки на міцність і жорсткість

Размещено на http://allbest.ru

Характеристики перерізу балки:

- площа перерізу:

;

- момент інерції відносно нейтральної осі :

;

- момент опору:

.

Відношення .

Перевірка міцності балки за нормальними напруженнями:

.

Недонапруження:

.

Прогин балки можна не перевіряти, тому що .

2.5 Зміна перерізу головної балки по її довжині

Стикуємо розтягнутий пояс прямим стиковим швом з візуальним контролем якості. Приймаємо ширину зменшеного перерізу пояса , що більше за , більше за , більше за і відповідає стандартній ширині універсальної сталі за ГОСТ 81-70.

Геометричні характеристики зменшеного перерізу:

- площа пояса:

;

- момент інерції:

;

- момент опору:

.

Граничний згинальний момент, який сприймає змінений переріз:

.

Значення згинального моменту в довільному перерізі:

.

Прирівнюємо частини рівнянь:

.

Розв'язуючи квадратне рівняння, знаходимо:

.

Перевірка міцності зміненого перерізу:

.

Размещено на http://allbest.ru

Приведені напруження на грані стінки (на рівні поясних швів) точка Б, де . Максимальні нормальні напруження:

.

Перерізуюча сила в перерізі з абсцисою :

.

Статичний момент площі перерізу пояса відносно нейтральної осі:

.

Дотичні напруження на рівні поясних швів (по грані стінки):

.

Приведені напруження:

.

Перевірка міцності опорного перерізу на максимальні дотичні напруження.

Статичний момент площі перерізу:

;

.

Перевірка місцевих напружень в стінці від тиску балок настилу:

;

.

Таким чином, міцність прийнятого зменшеного перерізу головної балки забезпечена.

2.6 Перевірка забезпечення загальної стійкості балки

Навантаження на головну балку передаються через балки настилу, які закріпляють головну балку з площини через 1 м. Перевіряємо умову посередині прольоту (розрахунок виконаний з урахуванням пластичних деформацій):

;

Умова задовольняється, стійкість балки перевіряти не треба.

2.7 Перевірка місцевої стійкості стиснутого пояса і стінки

Умовна гнучкість:

- необхідно ставити поперечні ребра жорсткості.

Оскільки і необхідно перевірити місцеву стійкість стінки. Максимальна віддаль між ребрами при : . Конструктивно крок ребер приймаємо кратним до кроку балок настилу .

В середній частині балки, розрахованої з врахуванням пластичних деформацій, ребра жорсткості ставимо під кожною балкою настилу. Ребра жорсткості приймаємо односторонні завширшки:

.

Перевірку стійкості у відсіку №1 виконуємо з врахуванням пластичних деформацій.

Для цього відсіку:

;

;

.

Стійкість стінки не забезпечена. Збільшуємо переріз поясів до

;

;

.

Прийнятий переріз поясів достатній для забезпечення місцевої стійкості стінки посередині прольоту балки.

Перевіряємо міцність балки за нормальними напруженнями:

;

;

;

.

Размещено на http://allbest.ru

Визначаємо довжину зони використання пластичних деформацій посередині прольоту балки. Для цього вираховуємо граничний згинальний момент в балці без врахування розвитку пластичних деформацій:

.

Визначаємо розрахунковий момент від зовнішнього навантаження у довільному перерізі балки:

.

Прирівнюємо частини рівнянь:

.

Розв'язуючи квадратне рівняння, знаходимо:

.

, .

Довжина зони використання пластичних деформацій:

.

Перевірка місцевої стійкості стінки у відсіку №3. В цьому відсіку стінка працює в пружній стадії. Згинальний момент і поперечна сила:

Нормальні напруження на грані стінки:

.

Місцеві напруження .

Середні дотичні напруження:

.

Визначення критичних напружень.

Відношення сторін відсіку:

.

Коефіцієнт защемлення стінки в поясах балки:

.

Відношення напружень:

.

Таким чином, критичні нормальні та місцеві напруження:

;

;

;

Критичні дотичні напруження:

.

Визначені напруження та їх критичні значення підставляємо у формулу:

Стійкість стінки забезпечена.

2.8 Розрахунок поясних швів головної балки

Головна балка розрахована з врахуванням розвитку пластичних деформацій, поясні шви виконуються двосторонніми; - перевіряють міцність поясних швів.

Розраховуємо найнапруженішу ділянку шва біля опори під балкою настилу. Розрахункові зусилля на одиницю довжини шва:

,

де - поперечна сила в перетині з абсцисою (під балкою настилу)

Зварювання автоматичне, виконується в положенні „в човник” зварним дротом Св-08А. Для цих умов і для сталі 18сп розрахунковий опір металу кутових швів .

;

.

Катет шва:

.

Конструктивно мінімальне значення при .

Перевірка міцності шва по металу межі сплавлення:

.

Перевірку міцності по металу шва можна не виконувати.

Таким чином, при мінімально допустимій висоті катета шва міцність поясних швів забезпечена.

2.9 Конструювання та розрахунок опорної частини балки

Приймаємо конструктивне рішення опорної частини балки з торцевим ребром. Ребро прикріпляється до стінки балки двома вертикальними кутовими швами. Зварювання напівавтоматичне у середовищі вуглекислого газу, зварний дріт Св-08А, . Розмір виступаючої вниз частини опорного ребра приймаємо .

Потрібна площа перетину опорного ребра з умови зм'яття торця:

,

де .

Враховуючи, що ширина балки біля опор , знаходимо:

.

Приймаємо . Площа , що більше за .

Перевіряємо стійкість опорної частини балки:

;

.

Розрахункова площа опорної частини:

.

Радіус інерції:

.

Гнучкість:

.

.

Перевіряємо місцеву стійкість ребра:

Размещено на http://allbest.ru

Підбираємо розміри катетів швів кріплення ребра до стінки балки:

2.10 Конструювання та розрахунок монтажного стику головної балки

Стик стінки. Перекриваємо парними листовими накладками завтовшки . Приймаємо по два вертикальних ряди болтів з кожного боку від осі стику. Крок болтів у вертикальних рядах приймаємо .

Максимально допустима віддаль між крайніми горизонтальними рядами:

.

Кількість болтів в одному вертикальному ряду:

.

Приймаємо

Згинальний момент, що сприймається стінкою:

.

Максимальне зусилля в болтах крайніх горизонтальних рядів при :

.

Визначаємо діаметр болта: за зрізом:

;

за зм'яттям:

.

Приймаємо болти діаметром .

Стик поясних листів. Приймаємо перетин поясних накладок:

- ззовні: ;

- зсередини: дві накладки .

Сумарна площа накладок більша за площу перетину поясів .

Згинальний момент, що сприймається поясами балки:

.

Зусилля в поясі (поясних накладках):

.

Кількість болтів для закріплення накладок:

Приймаємо 34 болти.

3. Розрахунок і конструювання колони

3.1 Розрахункова схема колони

Размещено на http://allbest.ru

3.2 Підбір перерізу колони

Розрахункова довжина колони:

.

Розрахункове стискаюче зусилля:

.

Приймаємо наскрізний перетин із двох двотаврів.

Задаємо гнучкість відносно матеріальної осі .

Потрібна площа:

;

.

За сортаментом приймаємо 2 двотаври №55: .

.

Хоча недонапруження перевищує 5%, однак спроба прийняти двотавр №36 веде до перенапруження перерізу, що недопустимо.

З умови рівностійкості відносно обох головних осей приймаємо . Задавшись гнучкістю вітки відносно осі 1-1 знаходимо:

.

балка траверса напруження колона

Приймаємо . Проміжок між поличками при цьому складе , що більше за конструкційний мінімум 150 мм.

Для забезпечення заданої гнучкості вітки розрахункова її довжина, що дорівнює віддалі в світлі між планками, повинна складати:

.

Прийнявши планки перерізом , знаходимо віддаль між осями планок:

.

Перевіряємо переріз відносно вільної осі:

;

;

;

.

Таким чином, стійкість відносно вільної осі забезпечена.

Розрахуємо планки. Умовна поперечна сила:

Планки приварюємо до полиць кутовими швами . Перевіряють міцність швів на сумісну дію зсуваючої сили і згинального моменту . Зварювання напівавтоматичне зварним дротом Св-08Г2С, , , , . Оскільки , перевірку виконуємо тільки по металу шва. Момент опору шва:

.

Напруження від зсуву силою :

.

Нормальні напруження від моменту :

.

Сумарне напруження:

.

Міцність шва забезпечена.

Розрахунок оголовка колони.

Оголовок складається з опорної плити і ребра. Ребро підтримує плиту і передає навантаження від балок на стрижень колони. Плиту приймаємо конструктивно товщиною 20мм. Опорне ребро сприймає повне навантаження від двох балок. Товщина ребра визначається з умови його міцності на зминання.

Довжина поверхні зминання:

.

Для сталі 18кп .

.

Приймаємо . Прийнявши, як і для приварки планок, зварний дріт Св-08Г2С, і . Катет швів приймаємо .

.

Приймаємо .

Перевірка опорного ребра на зрізання:

.

3.3 Розрахунок бази колони

Визначаємо площу плити в плані:

.

Ширина плити В приймається конструктивно, виходячи з того, що плита повинна виступати за межі колони на .

Прийнявши попередньо товщину траверс :

.

Тоді довжина плити:

Прийнявши , визначимо дійсне значення напруження під плитою бази:

.

Товщина плити визначається з умови її міцності на згин. При цьому плиту розглядаємо як пластину, навантажену знизу рівномірно розподіленим тиском фундаменту.

Пластина опирається на жорсткий контур перерізу колони, а також на траверси.

Для розрахунку її розділяють на окремі ділянки - одна ділянка типу 1 (опирання на чотири канти); дві ділянки типу 2 (опирання на три сторони) і дві ділянки типу 3 (защемлення тільки одного канта).

Для ділянки 1, опертої на чотири канта, відношення більшої сторони до меншої:

Для ділянки 2, опертої на три канти, відношення закріпленої сторони до незакріпленої:

.

Для ділянки 3 момент рахується як для консольної балки:

.

Товщину плити визначаємо з умови її міцності на згин найбільшим моментом:

,

що перевищує допустиме значення (найбільша товщина прокатних листів).

Для зменшення моменту на ділянці 2 приварюємо консольні ребра товщиною , які зменшують розміри ділянки удвічі:

.

Тепер найбільшим стає момент на ділянці 1:

.

Тому для зменшення моменту на ділянці 1 приварюємо додаткове ребро товщиною , яке зменшує розміри ділянки удвічі:

;

.

Приймаємо . Траверси до колони приварюємо напівавтоматичною зваркою, зварний дріт Св-08Г2С, і . Катет швів приймаємо . Висота траверс визначається з умови міцності швів, якими вони кріпляться до колони. Вважається, що колона не спирається торцем на плиту, а зависає на швах, якими вона приварюється до траверс і додаткових ребер (загальна кількість таких швів ).

Загальна довжина швів:

.

Необхідна довжина одного шва:

.

Враховуючи можливий непровар по на кожному кінці швів, отримуємо:

.

Література

1. Металеві конструкції Ф.Є. Клименко, В.М. Барабаш ЛЬВІВ Видавництво „Світ” 1994.

2. Металлические конструкции / Под общей редакцией проф. Е.И. Беленя /.

3. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия М.. Стройиздат, 1987.

4. СНиП 23-81 Стальные конструкции. Нормы проектирования. М.. Стройиздат, 1988.

5. Методичні вказівки кафедри.

Размещено на Allbest.ru

...