Балочная клетка рабочей площадки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Международная образовательная корпорация

Казахская головная архитектурно-строительная академия

Факультет Общего строительства

Курсовой проект

Балочная клетка рабочей площадки

Выполнила:

Жалгасбаева З.СТР(РПЗС)-13-2

Проверила:

ассист. проф. Сагындыккызы Д.

Алматы, 2015



Содержание

1. Компоновка балочной площадки и выбор варианта для детальной разработки

2. Компоновка и подбор сечения составной главной балки

3. Изменения сечения балки по длине

4. Проверка прочности и устойчивости составной балки

5. Проверка и обеспечение местной устойчивости сжатого пояса и стенки сварной балки

6. Расчет поясного шва сварной балки

7. Расчет монтажного стыка сварной балки на высокопрочных болтах

8. Расчет опорного ребра сварной балки

9. Подбор сечения сплошной центрально-сжатой колонны

10. Расчет базы сплошной колонны

Список литературы



1. Компоновка балочной площадки и выбор варианта для детальной разработки

Рассмотрим два варианта компоновки балочной площадки: первый - нормальный тип, второй - усложненный тип.

Вариант 1.

Расстояние между балками настила определяется несущей способностью настила и обычно принимается равным 1,5-3 м. при металлическом настиле.

Определяем шаг балок настила.

а=L/n=11/10=1,1 м.

Определяем пролет настила.

Lн= 160 см.

Толщина настила будет равна

Pн=11кН/м²; tн=10 мм.

Принимаем по сортаменту tн = 10мм.

Определяем вес настила, зная что 1 м³ металла весит 78,5 кг

gн=1,0*78,5=78,5 кг/м²=0,77 кН/м².

Нормативная нагрузка на балку настила.

qn=(pн+gн)*а=(11+0,77)*1,1=12,95кН/м=0,1295кН/см.

Где рн - нормативная временная нагрузка (Pн=11кН/м²).

Расчетная нагрузка на балку настила.

q=(nрpн +nggн)*а1=(1,1*11+1,05*0,77)*1,1=15кН/м.



где nр - коэффициент перегрузки (nр=1,1).

Расчетный изгибающий момент (при l=5,5)

Мmax=ql2/8=15*5,52/8=56,71 кН*м=5671 кН*см.

Требуемый момент сопротивления балки (при Ry =245Мпа=24,0кН/см² - для стали С245)

Wтр=Mmax/c1*Ry*?=5671/1,1*24*1=214,8 см³

По сортаменту принимаем двутавр №22 имеющий Wx=289 см³, g=27,3 кг/м, Ix=3460 см⁴, в=110 мм

Проверяем только прогиб, так как Wx=289 см³>Wтр =214,8 см³

Lн=110-11/2=94,5<160

Проверяем условие.

f<(1/250)l=2,1см<2,2 см

Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прочности и прогиба. Проверку касательных напряжений прокатных балках при отсутствии ослабления опорных сечений обычно не производят, так как она легко удовлетворяется из-за относительно большей толщины балок.

Общую устойчивость балок настила проверять не надо, так как их сжатые пояса надежно закреплены в горизонтальном направлении приваренным к ним настилом.

Определяем расход металла на 1 м² перекрытия.

- балка настила



g/a1=24/1,1=21,8 кг/м²

Весь расход металла составит 86,35+21,8=108,15 кг/м²

Вариант 2.

Определяем шаг балок настила.

а1=В/n=550/8=68,75<160 см.

Определяем пролет настила.

lн= 2,75 м

Нормативная нагрузка.

qn=(pн+gн)*а1=(11+0,77)*1,1=12,924 кН/м=0,1295 кН/см.

Расчетная нагрузка.

q=(nрpн +nggн)*а1=(1,2*11+1,05*0,77)*1,1=15,4 кН/м.

Расчетный изгибающий момент (при l=3)

Мmax=ql2/8=15.4*2,752/8=14,5кН*м=1450 кН*см.

Требуемый момент сопротивления.

Wтр=Mmax/c1*Ry*?=1450/1,1*24*1=54,9 см³

По сортаменту принимаем двутавр №12 имеющий Wx=58,9 см³, g=11,5 кг/м, Ix=350 см⁴,

Проверяем только прогиб, так как Wx=58,9 см³>Wтр = 54,9 см³

Проверяем условие.

f<(1/250)l=1,13 см<2,2 см

Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и прогиба.

Нагрузка на вспомогательную балку от балок настила считаем равномерно-распределенной, так как число балок больше 5.

Определяем нормативную и расчетную нагрузку на нее.

qн=(11+0,77+11,5/102/1)=32,67 кН/м=0,33 кН/см

q={1.2*11+1.05*(0,77+11,5/102/1)}*2,75=38,8 кН/м.

Определяем расчетный момент сопротивления (при Ry=240Мпа=24,0кН/см² - для стали С245).

М=ql2/8=38,8*5,52/8=146,71 кН*см.

Требуемый момент сопротивления

Wтр=14671/1,1*24*1=555,7 см³.

Посортаменту принимаем двутавр №33 имеющий Wx=597 см³, g=42,2 кг/м, Ix=9840 см⁴, b=140 мм=14 см.

Затем проверяем общую устойчивость вспомогательных балок в середине пролета, в сечении с наибольшими нормальными напряжениями. Их сжатый пояс закреплен от поперечных смещений балками настила, которые вместе с приваренным к ним настилом образуют жесткий диск. В этом случае за расчетный пролет принимаем расстояние между балками настила l0=100 см.

Общую устойчивость можно не проверять, если выполняется условие:



Проверим условия применения формулы:

1<h/b=33/14=2,3<6; b/t=14/1,12=12,5<35

В сечении l/2 = ? = 0 c1= c получаем

?={1-0,7*(с1-1)/(с-1)}=0,3

Подставим полученные значения в выражение

Поскольку 5,9>100/14=7,1, принятое сечение удовлетворяет требованиям прочности, устойчивости и прогиба.

По варианту 2 суммарный расход металла составит.

78,5+11,5/1,1+42,2/2,75=102,29кг/м²

По расходу металла вариант; №1 выгоднее, так как 108,15кг/м²<102,29кг/м²

2. Компоновка и подбор сечения составной главной балки

Сечение составной главной балки подбираем по первому варианту компоновки балочной площадки. Балка имеет прогиб f ? (1/400)L из стали С235, толщиной t ? 20 мм с Rу=235МПа=23 кН/см² и Rср=0,58*23=13,34 кН/см².

Вес настила и балок настила g=1,02кН/см², собственный вес балки принимаем ориентировочно в размере 2% от нагрузки на нее. Максимально возможная строительная высота перекрытия hстр.=2 м.

Определим нормативную и расчетную нагрузку на балку:

qn =pn+gn=1,02(11+1,02)*5,5=67,43кН/м;

q=(nрpн +nggн)=1,02(1,2*11+1,05*1,02)*5,5=80,06кН/м.

Определим расчетный изгибающий момент в середине пролета.

Мmax=ql2/8=80,06*112/8=1211кН*м

Поперечная сила на опоре.

Главную балку рассчитываем с учетом развития пластический деформаций. Определяем требуемый момент сопротивления балки, первоначально принимая с1=с=1,1

Определяем высоту сечения балки:

1. Оптимальную высоту балки определяем по формуле, предварительно задав толщину стенки tст=9 мм. Тогда

балка сварный колонна



2. Минимальную высоту балки определяем по формуле:

Строительную высоту балки определяем исходя из максимально возможной заданной высоты перекрытия и его конструкции:

Сравнивая полученные высоты, принимаем высоту балки больше чем hmin и близкой к hopt. h = 100см.

Проверяем принятую толщину стенки:

- по эмпирической формуле:

- из условия работы стенки на касательные напряжения на опоре по формуле:

Чтобы не применять продольных ребер жесткости, по формуле:



Сравнивая полученную расчетным путем толщину стенки с принятой (14мм), приходим к выводу, что она удовлетворяет условию прочности на действия касательных напряжений.

Размеры горизонтальных поясных листов находят исходя из необходимой несущей способности балки. Для этого вычисляем требуемый момент инерции сечения балки.

Находим момент инерции стенки балки, принимая толщину поясов tп =3,6см.

Момент инерции, приходящийся на поясные листы.

Момент инерции поясных листов балки относительно ее нейтральной оси

,

где Ап - площадь сечения пояса.

Моментом инерции поясов относительно их собственной оси ввиду его малости пренебрегаем.

Отсюда получаем требуемую площадь сечения поясов балки:

,

где h0=h-tп=100-1,8=98,2cм.

Принимаем пояса из универсальной стали 420?18мм, для которой

Принимаем с=1,101. которое практически соответствует заданному с=1,1.

Проверяем принятую ширину (свес) поясов по формуле:

Подобранное сечение балки проверяем на прочность.

Для этого определяем момент инерции и момент сопротивление балки.

Наибольшее напряжение в балке:

3. Изменения сечения балки по длине

Место изменения сечения принимаем на расстоянии 1/6 пролета от опоры. Сечение изменяем уменьшением ширины поясов. Разные сечения поясов соединяем сварным швом встык, электродами Э 42 без применения физических методов контроля, то есть для растянутого пояса:

Определяем расчетный момент и перерезывающую силу в сечении.

Подбор приведенного сечения ведем по упругой стадии работы.

Определяем требуемый момент сопротивления и момент инерции измененного сечения исходя из прочности сварного стыкового шва, работающего на растяжения.

Определяем требуемый момент инерции поясов.

Требуемая площадь сечения поясов.



Принимаем пояс 90?18мм

Определяем момент инерции и момент сопротивления уменьшенного сечения.

4. Проверка прочности и устойчивости составной балки

1. Проверяем максимальное касательное напряжение в стенке на опоре балки.

Где

Проверяем местные напряжения в стенке под балками настила по формуле:

, где



Проверяем приведенные сечения в месте изменения сечения балки.

Проверки показали, что прочность балки обеспечена.

2. Проверяем общую устойчивость балки в месте действия максимальных нормальных напряжений, принимая за расчетный пролет lef = 110 см - расстояние между балками настила.

и

Где

В месте уменьшенного сечения балки (балка работает упруго и ? = 1)

Обе проверки показали, что общая устойчивость балки обеспечена.

3. Проверка прогиба (второе предельное состояние) балки можно не производиться, т.к. принятая высота балки больше минимальной h = 160>108 см = hmin.



5. Проверка и обеспечение местной устойчивости сжатого пояса и стенки сварной балки

1. Проверка устойчивости сжатого пояса производится в месте максимальных нормальных напряжений в нем - в середине пролета балки, где возможны пластические деформации.

Проверку ведем по формуле:

;

Рассчитываем

Проверка показала, что местная устойчивость пояса обеспечена.

1. Проверяем устойчивость стенки.

Первоначально определяем необходимость постановки ребер жесткости по формуле:

т.е. вертикальные ребра жесткости необходимы.

Кроме того, в зоне учета пластических деформации необходима постановка ребер жесткости под каждой балкой настила, т.к. местные напряжения в стенке, в этой зоне, недоступны.

a/hef=330/96.4=3.42

Расстановку вертикальных ребер принимаем по рис.

Проверяем необходимость проверки устойчивости стенки.

Расчет показал, что проверку устойчивости стенки следует производить

По таблице 7.5[2]C1 = 16.92, С2 = 1,808



По таблице 7.5[2]C1 = 12, С2 = 2.04

Проверяем отсек "А". определяем средние значения M и Q в сечении на расстоянии Х = 48 см от опоры (под балкой настила), что почти совпадает с рекомендацией расстояние в hef/2 = от края отсека.

Определим действующие напряжения:

Определяем критические напряжения.



По таблице 7.5[2]C1 = 13, С2 = 1,56

Где hef = h?, ?ef = ??= 4Rs = 14кН/см2

Затем определяем ?loc, cr, принимая а = а/2 при вычислении ?а:

и

где Сcr =84.7 по таблице 7.4 [2]

По таблице 7.5[2]C1 = 12, С2 = 1,56

Подставляем все значения в формулу:



Проверка показала, что устойчивость стенки обеспечена и постановка ребер жесткости возможно.

6. Расчет поясного шва сварной балки

Т.к. балка работает с учетом пластических деформаций, то швы выполняем двусторонние, автоматической сваркой в лодочку, сварной проволокой Св - 0,8А.

Определяем толщину шва в сечении Х = 110/2=55см от опоры балкой настила, где сдвигающая сила максимальна.

где n = 2 при двусторонних швах, Q = 80.06/(12/2-0,55)=396кН,

I = 144150см4 , Sf=795.42 cм3,F=56.43кН, Lloc=14.6см

По таблице 5.1 определяем = 180МПа = 18 кН/см², а по приложению 4 кН/см²

По табл. 5.3 определяем ?f = 1.1 и ?z = 1.15. Далее определяем более опасное сечение шва.

По табл. 5.5 принимаем минимально-допустимый по толщине пояса tf = 20мм шов

Kf = 1. 2мм, что больше получившегося по расчету kf = 6 мм.



7. Расчет монтажного стыка сварной балки на высокопрочных болтах

Стык делаем в середине пролета балки, где M =1211 кН*м и Q = 0

Стык осуществляем высокопрочными болтами d = 24 мм. из стали 40Х "селект", имеющий по табл. 6.2 (2)=110 кН/см2; обработка поверхностей газопламенная.

Несущая способность болта, имеющего две плоскости трения:

табл. 6.3 (2).

?b = 0.85 т.к. разница в номинальных диаметрах отверстия и болта больше 1 мм ?=0, 42 и ?н = 1,12 табл. 6.4 (2).

Принимаем способ регулирования натяжения болта по углу закручивания, k = 2 - две плоскости трения.

Стык поясов. Пояс балки перекрываем тремя накладками сечениями 420?18 мм и 2?180?18 , общей площадью сечения.

Определяем усилие в поясе:

Количество болтов для прикрепления накладок:



Принимаем 10 болтов.

Стык стенки.

Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками сечением 340?942?9мм

Момент, действующий на стенку, определяется по формуле:

Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов.

Находим коэффициент стыка

Где m = 2 - число вертикальных рядов на полуплощадке из таб. 7,8 находим количество рядов по вертикали k при ? = 1.84 k=9. Принимаем 10 рядов с шагом 100 мм, так как 160?9=1440 мм.

Поверяем стык стенки по формуле.

Где = 1,24см²

Проверяем ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты d0 =18 мм (на 2мм больше диаметра болта).

Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю стыка.

Ослабление пояса можно не учитывать.

Проверяем ослабление накладок в середине стыка четырьмя отверстиями.

Ослабление в накладках так же можно не учитывать.

8. Расчет опорного ребра сварной балки

Опорная реакция балки F =440 кН

Принимаем верхнее отпирание балок на колонны.

Определяем площадь смятия торца ребра по формуле:

Где Rp - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности. По приложению 4.

.

Принимаем ребро 250?18мм.

Проверяем опорную стойку балки на устойчивость относительно оси Z

Ширина участка стенки, включенного в работу опорной стенки:



По приложению 8 ? = 0,986

Рассчитываем прикрепления опорного ребра к стенке балки двусторонними швами полуавтоматической сваркой проволокой Св - 0,8А

Определяем (?yR?y)min по таблице 5,1 принимаем R?f = 180МПа = 18кН/см²

По приложению 4 R?z=0,45*37=16,65кН/см²

По таб. 5,4 ?f= 0,7, ?z = 1

?f*R?y = 0.7*18= 12,6кН/см²??z*R?Z= 1*16,65= 16,65 кН/см²

Определяем катет сварных швов по формуле:

Принимаем шов kf = 5 мм, что больше Rfmin приведенного в таб. 5,5

Проверяем длину рабочей части шва

Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами.

9. Подбор сечения сплошной центрально-сжатой колонны

Марка стали С255, расчетное сопротивление Ry = 24 кН/см²

Присоединение планок осуществляется ручной сваркой электродами Э42.

Расчетная нагрузка.

Расчетная длина

Задаемся гибкостьюи

находим соответствующее значение

Определим:

Площадь сечения

Радиус инерции

Ширину сечения

Принимаем сечение полки, равное 16016 ,стенки 16014

А=2*16*1,6+16*1,4=73,6см².

Проверяем напряжение по подобранному сечению:



Проверяем местную устойчивость колонны и стенки по формуле:

[(25-22,02)/25]*100=12>5%

tw=9 мм

А=2*16*1,6+16*0.9=65.6см²

Подобранное сечение удовлетворяет требованиям общей устойчивости.

Проверяем местную устойчивость полки.

Расчеты показали, что стенка и полка удовлетворяют требованиям устойчивости.

10. Расчет базы сплошной колонны

Материал базы - сталь C245 расчетное сопротивление Ry = 24 кН/см² при толщине t? = 21-40мм

Бетон фундамента В25 с Rb = 1.15 кН/см²

Коэффициент условия работы бетона ?b=2

Нагрузка на базу N = 1203.5 кН

Требуемая площадь сечения плиты базы.

По ориентировочному значению коэф ?= 1, принимаем плиту размером 230?230 мм.

Принимая площадь по образцу фундаменту Аloc = 23?23=529см².

Далее рассчитываем напряжение под плитой.

Конструируем базу колонны с траверсами толщиной tтр = 9 мм.

Участок 1, опорный на 4 канта.

Отношение сторон b/a = 16/7,5 = 2,13, ? =0125

Участок 2, консольный, отношение сторон :



Участок 3 не проверяем, так как он имеет меньший консольный свес. Определяем толщину плиты по максимальному моменту

Принимаем плиту толщину tпл =16мм.

Таким образом, с запасом прочности усилие в колонне полностью передается на траверсы.

Прикрепление траверса и колонны выполняется полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св - 08Г2С.

Расчетные характеристики.

Прикрепление рассчитываем по металлу шва, принимая катет угловых швов kf =14 мм.

Расчетная длина шва

Высоту траверса принимаем



Принимаем высоту траверса 14 см =140мм.

Проверяем прочность траверсы как балки с двумя консолями. Момент в середине пролета:

Момент сопротивление траверсы

Напряжения:

Сечение траверсы принято.



Список литературы

1. Ю.И. Кудишин "Металлические конструкции" издательский центр "Академия", 2007 г.

2. Е.И. Беленя "Металлические конструкции" Стройиздат, 1986 г.

3. СНиП РК 5.04-23-2002 "Стальные конструкции" КАЗГОР Астана, 2002 г.

Размещено на Allbest.ru

...