Осуществление расчетов при проектировании зданий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Исходные данные к проектированию

2. Компоновка балочного перекрытия

2.1 Нормальный тип балочной клетки

2.2 Усложненный тип балочной клетки

2.3 Сравнение вариантов и выбор типа балочной клетки

3. Проектирование главной балки

3.1 Определение нагрузок. Компоновка и подбор главной балки

3.2 Изменение сечения главной балки по длине

3.3 Расстановка поперечных ребер. Проверка прочности и жесткости главной балки

3.4 Проверка общей устойчивости главной балки

3.5 Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки главной балки

3.6 Расчет поясных швов

3.7 Конструирование и расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах

3.8 Конструирование и расчет опорной части балки

4. Проектирование центрально-сжатой колонны

4.1 Проектирование стержня центрально-сжатой колонны

4.2 Конструирование и расчет опорного столика колонны

4.3 Конструирование и расчет базы колонны

5. Список употребленной литературы

балка монтажный колонна перекрытие

1. Исходные данные к проектированию

1. Номер варианта - 7818

2. Шаг колонн в продольном направлении

3. Строительная высота перекрытия

4. Шаг колонн в поперечном направлении

5. Отметка настила

6. Тип настила - ж/б

7. Нормативная полезная нагрузка

8. Материал главной балки - С255

9. Сопряжение главной балки с колонной - сверху

10. Материал колонны - С255

11. Материал балок настила и вспомогательных балок - С245

12. База колонны - с траверсой

13. Тип сечения колонны - двутавр

2. Компоновка балочного перекрытия

2.1 Нормальный тип балочной клетки

Рис.1 Нормальный тип балочной клетки

Табл. 1

Решение нормальной балочной клетки

Шаг балок допускается в пределах (так как настил железобетонный), причем количество балок должно быть четным, чтобы они не приходились на середину пролета , где запроектирован монтажный стык.

Нагрузки на балки настила:

- погонная нормативная равномерно распределенная нагрузка

- погонная расчетная равномерно распределенная нагрузка

Максимальный изгибающий момент от действия расчетной нагрузки:

Максимальная поперечная сила от действия расчетной нагрузки:

Так как балка настила разрезная сплошного сечения из стали с пределом текучести до 530 МПа и закреплена от потери общей устойчивости, то её расчёт следует производить с учётом развития пластических деформаций.

Требуемый момент сопротивления нетто составляет:

Подбираем из сортамента двутавр подходящего сечения:

	,	№проф.		h, мм	b, мм	t, мм	d, мм
2710	3630	70Б1	146 000	693,6	260	15,5	11,5	140
4132	4910	80Б1	194 370	791,6	270	17,2	13	155

Уточняем коэффициент

Нормальные напряжения:

Недонапряжение балки:

Проверку прочности по касательным напряжениям в прокатных балках обычно не делают, так как она легко удовлетворяется из-за относительно большой толщины стенок двутавров.

Проверка жесткости балок настила:

Условие выполняется, а значит: в первоначальной конфигурации ничего менять не нужно.

Определим стоимость квадратного метра балочной клетки, приняв стоимость 1т стали - 200К руб., а стоимость 1т железобетона - 80К руб.

2.2 Усложненный тип балочной клетки

В усложненной балочной клетке нагрузка на главные балки предается со вспомогательных балок, которые располагаются с шагом b=2-5м. Количество вспомогательных балок принимается четным.

Табл. 2

Расчет балки настила в усложненной балочной клетке

Шаг балок допускается в пределах

Нагрузки на балки настила:

- погонная нормативная равномерно распределенная нагрузка

- погонная расчетная равномерно распределенная нагрузка

Максимальный изгибающий момент от действия расчетной нагрузки:

Максимальная поперечная сила от действия расчетной нагрузки:

Требуемый момент сопротивления нетто составляет:

Подбираем из сортамента двутавр подходящего сечения:

	,	№проф.		h, мм	b, мм	t, мм	d, мм
181	234	23Б1	2 660	227,3	110	7,9	5,4	23,6
221	234	23Б1	2 660	227,3	110	7,9	5,4	23,6
408	424	30Б1	6 320	297,6	140	8,5	5,8	32,6
498	577	35Б1	10 000	346,6	155	8,8	6	38,2

Уточняем коэффициент

Нормальные напряжения:

Недонапряжение балки:

Проверку прочности по касательным напряжениям в прокатных балках обычно не делают, так как она легко удовлетворяется из-за относительно большой толщины стенок двутавров.

Проверка жесткости балок настила:

Проверку проведем только для тех балок, для которых выполняется условие недонапряжения.

Соответствующие условия выполняются, а значит: жесткость балки обеспечена.

Нагрузки на вспомогательные балки:

- погонная нормативная равномерно распределенная нагрузка

- погонная расчетная равномерно распределенная нагрузка

Максимальный изгибающий момент от действия расчетной нагрузки:

Максимальная поперечная сила от действия расчетной нагрузки:

Требуемый момент сопротивления нетто составляет:

	,	№проф.		h, мм	b, мм	t, мм	d, мм
3068	3630	70Б1	146 000	693,6	260	15,5	11,5	140
4083	4910	80Б1	194 370	791,6	270	17,2	13	155

Уточняем коэффициент

Нормальные напряжения:

Недонапряжение балки:

Проверку прочности по касательным напряжениям в прокатных балках обычно не делают, так как она легко удовлетворяется из-за относительно большой толщины стенок двутавров.

Проверка жесткости балок настила:

Условие выполняется, а значит: в первоначальной конфигурации ничего менять не нужно.

Определим стоимость квадратного метра балочной клетки, приняв стоимость 1т стали - 200К руб., а стоимость 1т железобетона - 80К руб.

2.2 Сравнение вариантов и выбор типа балочной клетки

Минимального значения стоимости мы можем достичь, применив в проекте усложненную балочную клетку. Но так как величина относительной выгоды менее 5% . Следовательно, принимаем нормальный тип балочной клетки, так как этот тип, в сравнении с усложненным, более прост в изготовлении и монтаже.

3. Проектирование главной балки

3.1 Определение нагрузок. Компоновка и подбор главной балки

Так как мы приняли нормальный тип балочной клетки, при котором на главную балку опирается четыре балки настила, что меньше шести. И, следовательно, нагрузку, передающуюся от них на главную балку, будем рассматривать как сосредоточенную силу.

Погонная нормативная нагрузка на главную балку:

Погонная расчетная нагрузка на главную балку:

Максимальный изгибающий момент и максимальная поперечная сила в сечении главной балки:

Рис. 2 Эпюры главной балки

Требуемый момент сопротивления:

Определяем высоту балки, исходя из трех условий:

1. Наименьший расход стали

2. Из условия обеспечения требуемой жесткости:

3. Из ограничения строительной высоты конструкции перекрытия:

Предварительно, исходя из предыдущих двух условий, назначаем балку настила

При сопряжении в одном уровне

Условие выполняется. Принимаем высоту главной балки

Сопряжение балок настила с главной балкой - в одном уровне.

Устанавливаем толщину стенки, исходя из двух условий:

1. Прочности на срез

2. Местной устойчивости без укрепления продольного ребрами жесткости

Определяем толщину стенки:

Принимаем

Требуемый момент инерции сечения балки:

.

Требуемый момент инерции поясных листов:

Требуемая площадь сечения одного пояса:

По сортаменту широкополосной универсальной стали (по ГОСТ 82-70*) предварительно назначаем толщину t_f = 2,5 см.

Ширина пояса балки:

Из условия обеспечения общей устойчивости, ширина балки должна удовлетворять условию

Принимаем:

Проверка местной устойчивости сжатого пояса:

Условие не выполнятся. Следовательно, расчет ведем по следующей формуле:

Условие выполняется. Значит, местная устойчивость обеспечена.

Проверка прочности балки по нормальным напряжениям:

Фактические геометрические характеристики сечения:

Условие выполняется. Прочность и экономичность главной балки обеспечена.

Проверка несущей способности балки из условия устойчивости стенки в области пластической деформации:

условие выполняется

Рис. 3 Профиль главной балки

3.2 Изменение сечения главной балки по длине

Т.к. длина пролета балки равна 13 м, то экономически целесообразно уменьшить сечение в местах снижения изгибающих моментов.

Расстояние от опоры до места изменения сечения:

Принимаем

Расчетные усилия в местах изменения сечения:

Требуемый момент сопротивления измененного сечения:

Требуемый момент инерции измененного сечения:

Требуемый момент инерции поясных листов:

Требуемая площадь уменьшенного сечения одного пояса:

Толщина пояса остается постоянной:

Ширина пояса:

Принимаем

Проверка прочности по максимальным растягивающим напряжениям в стыковом шве:

3.3 Расстановка поперечных ребер. Проверка прочности и жесткости главной балки

Т.к. , то для укрепления стенки главной балки требуется установка поперечных ребер жесткости.

Расстояние между ребрами жесткости не должно превышать . Так как 3,25 меньше заданного ограничения, то значит, ребра жесткости будем устанавливать под каждой балкой настила.

Длина области учета пластических деформаций:

Ширина выступающей части ребра:

Принимаем

Толщина ребра:

Принимаем

Парные симметричные ребра жесткости

Проверка прочности опорного сечения на срез по максимальным касательным напряжениям:

Условие выполняется, значит, прочность опорного сечения на срез по максимальным касательным напряжениям обеспечена.

Прочность на действие местных напряжений не проводим, так как

Проверка совместного действия нормальных и касательных напряжений:

Условие выполняется, значит, прочность на совместное действие нормальных и касательных напряжений обеспечена.

Жесткость главной балки обеспечена, и ее можно не проверять, т. к. высота главной балки принята больше минимальной.

Рис. 4 Сечение главной балки с поперечными ребрами

3.4 Проверка общей устойчивости балки

Определим устойчивость главной балки поочередно в середине ее пролета и в ее уменьшенном сечении:

1. В середине главной балки:

Выясним, применима ли формула для расчета устойчивости в нашем случае, для этого должен выполняться определенный ряд условий:

Условия выполняются, а значит, мы можем приступить к расчету:

Условие выполняется. Общая устойчивость главной балки в месте уменьшения сечения обеспечена.

2. В уменьшенном сечении главной балки:

Выясним, применима ли формула для расчета устойчивости в нашем случае, для этого должен выполняться определенный ряд условий:

Условие выполняется. Общая устойчивость главной балки в месте уменьшения сечения обеспечена.

3.5 Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки главной балки

Для обеспечения устойчивости сжатого пояса главной балки должно выполняться условие:

Условие выполняется.

В качестве рассматриваемого в решении выберем средний отсек.

Условие выполняется.

Рассмотрим первый отсек, считая от опоры.

Условие выполняется.

3.5 Расчет поясных швов

При отсутствии местных напряжений (у_loc=0) сварные швы воспринимают только силу сдвига пояса относительно стенки.

Требуемый катет углового шва:

Для сварки принимаем электроды типа Э60 (по ГОСТ 9467-75), марка проволоки - Св-08А.

В соответствии с табл.5.5 («Металлические конструкции» Беленя ) принимаем катет шва:

3.6 Конструирование и расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах

Определимся с геометрией накладок.

- ширина нижней обкладки пояса

Принимаем

Определим толщину обкладки:

Принимаем

Принимаем

Определим толщину обкладки:

Принимаем

Доля изгибающего момента, приходящегося на пояса:

Доля изгибающего момента, приходящегося на стенку:

Для монтажного стыка принимаем высокопрочные болты диаметром 24 мм.

Диаметр отверстий под болты принимаем 26 мм. Задаемся сталью болта 40 Х «селект»

Расчетное усилие, воспринимаемое каждой поверхностью трения:

Способ обработки - пескоструйный; способ натяжения болтов - по моменту закручивания.

Расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом:

Проектирование стыков поясов:

Продольное усилие, приходящееся на один пояс:

Количество болтов для прикрепления накладок к одному поясу по одну сторону стыка:

Принимаем 12 болтов.

При размещении болтов следует учитывать:

а) расстояние между центрами болтов в любом направлении

б) расстояние от центра болта до края элемента

Болты устанавливаем в два ряда.

По краю стыка должно выполняться условие:

В середине стыка должно выполняться условие:

Для того, чтобы условие начало выполняться, принимаем следующую ширину обкладки

Определим длину накладки:

Принимаем две накладки 550х500х16 на внешнюю часть пояса и четыре накладки на внутреннюю часть пояса.

Проектирование стыка стенки:

Максимальное горизонтальное усилие от изгибающего момента, действующего на каждый крайний наиболее нагруженный болт:

Принимаем количество рядов болтов К=9;

Шаг болтов:

Принимаем:

Проверка несущей способности:

Условие выполняется. Несущая способность стенки обеспечена.

Рис. 4 Стык главной балки

3.7 Конструирование и расчет опорной части балки

Требуемая площадь опорного ребра:

Задаемся шириной опорного ребра

Принимаем

Площадь опорного ребра:

Ширина выступающей части ребра:

Принимаем:

Ширина примыкающих участков стенки:

Принимаем:

Проверка устойчивости опорного участка балки:

Условие выполняется, устойчивость опорного участка балки обеспечена.

Марка сварной проволоки Св-10НМА.

Определение катета углового шва:

Принимаем

3. Проектирование центрально-сжатой колонны

3.1 Проектирование стержня центрально-сжатой колонны

Рис. 5 К определению высоты колонны

В качестве материала для колонны приняли сталь С 255, которая имеет следующие характеристики:

Расчетное усилие на колонну:

Расчетная длина колонны:

Предварительно зададимся гибкостью

Требуемая площадь:

Принимаем двутавр 40К6:

Установим реальное значение гибкости:

Недоанпряжение стойки:

Условие выполняется.

Выпишем остальные геометрические характеристики сечения:

3.2 Конструирование и расчет оголовка колонны

Толщина опорной плиты колонны принимается конструктивно:

Размеры плиты в плане принимают такими, чтобы она выходила за контур колонны на 10-15 мм. В нашем случае плиты будет иметь габариты: 430,2х545 мм²

Ширину ребер оголовка так же принимаем конструктивно, чтобы она была на 20-40 мм больше длины участка смятия под опорными ребрами балок:

Принимаем

Толщину ребер находим из условия прочности на смятие:

Принимаем

Высоту ребер определяем исходя из требуемой длиной вертикальных швов, передающих нагрузку на стержень колонны.

Принимаем

Проверяем прочность опорного ребра оголовка на срез:

Проверяем прочность стенки колонны на срез в месте крепления к ней ребра оголовка:

Условие не выполняется, а значит, необходимо увеличить толщину стенки колонны путем встраивания в ее верхнюю часть вставки.

Принимаем

3.3 Проектирование базы колонны

Для изготовления фундамента принимаем бетон класса B20.

Требуемая площадь опорной плиты:

Принимаем размеры опорной плиты:

Принимаем

Определяем габариты верхнего обреза фундамента:

Принимаем

Произведем перерасчет прочности плиты, уже зная ее габариты.

Перейдем непосредственно к расчету плиты:

Так как толщина полки двутавра у нас достаточно приличная, то толщину и траверсы примем покрупнее

Рис. 6 База колонны с траверсой

На участке I плита закреплена по четырем сторонам. Соответственно момент будет вычисляться по следующей формуле:

На участке II плита закреплена по трем сторонам. Формула для определения момента на этом участке зависит от отношения «закрепленной стороны пластинки» к «свободной».

Так как , то момент считается следующим образом:

На участке III плита закреплена с одной стороны:

Требуемую толщину плиты определяем по наибольшему из трех моментов:

Принимаем

Из предположения, что вся нагрузка со стержня колонны передается на ветви траверсы через вертикальные угловые швы, определяют высоту траверсы:

Из выше вычисленных значений выберем максимально и проверим его на условие:

Условие не выполняется, а значит:

Принимаем

Проверим траверсы на прочность.

Траверсы работают как двухконсольные балки под действием отпора бутона фундамента. Погонная нагрузка на одну ветвь траверсы будет равна:

Проверим прочность в опорном сечении траверсы:

Проверим прочность в серединном сечении траверсы:

Рис. 7 Расчет траверсы

Рассчитаем горизонтальные швы, которыми траверсы приварены к плите:

Принимаем

5. Список употребленной литературы

СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1990.

Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / Под общ. ред. Е.И. Беленя. М.: Стройиздат,1986.

Расчет стальных конструкций: Справочное пособие Я.М. Лихтарников и др. Киев: Будiвельнiк, 1984.

4. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку» на тему «Балочная клетка» для студентов направления 270100 «Строительство». С.И. Сачкова. Ижевск: Издательство ИжГТУ, 2013.

Размещено на Allbest.ru

...