Расчёт и конструирование элементов балочной клетки и колонны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Псковский государственный университет

Инженерно-строительный факультет

Кафедра строительных материалов и конструкций

Расчетно-графическая работа

по дисциплине «Металлические конструкции»

на тему «Расчёт и конструирование элементов балочной клетки и колонны»

Псков 2012г.

Исходные данные на проектирование.

Шифр716.

1. Номер схемы поперечника: 1.

2. Размеры площадки в плане: .

3. Шаг колонн в продольном направлении: 18 м.

4. Шаг колонн в поперечном направлении: 6 м.

5. Отметка чистого пола первого этажа: 0.00.

6. Отметка верха настила: 10 м.

7. Отметка верха габарита помещения под рабочей площадкой: 8 м.

8. Нормативная полезная нагрузка: .

9. Расчетная температура эксплуатации: .

10. Материал настила: ж./б.

11. Материал несущих конструкций: сталь.

12. Материал фундаментов: бетон марки 200.

13. Колонны: СКВ.

14. Способы соединения элементов конструкций:

заводские - сварка;

монтажные - сварка, болты.

15. Монтажный стык главной балки запроектировать в середине или 1/3 пролета.

Схема поперечника рабочей площадки.

1. Технико-экономическое обоснование балочной клетки

1.1 Выбор компоновочной схемы балочной клетки

1.1.1 Нормальная компоновка балочной клетки

При ж/б настиле принимаем шаг балок .

Принимаем толщину настила по таблице 1, стр. 7 [3]:

.

1.1.2 Усложненная компоновка балочной клетки

1.2 Расчет балок настила нормальной балочной клетки

Таблица сбора нагрузок.

Состав нагрузок	Ед. изм.	Нормативная нагрузка	Коэффициент перегрузки	Расчетная нагрузка
1. Настил металлический ;		3,12	1,1	3,432
2. Собственный вес МК		0,3	1,1	0,33
3. Полезная нагрузка		10	1,2	12
Всего:



Подбор сечения балок настила.

1. Интенсивность нормативной нагрузки и расчетной равномерно распределенной нагрузки, действующей на балки настила:

;

.

2. Расчетный изгибающий момент и расчетная поперечная сила в балке настила:

;

.

3. Определяем требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки при упругой работе:

,

где: - расчетное сопротивление стали, определяемое по пределу текучести, [т. 51, /2/];

- коэффициент условия работы балки.

Для заданных условий за материал балки настила принимаем сталь 18сп, группа стали - 2, расчетное сопротивление , толщина проката - 6 мм.

.

Принимаем по табл. 2 прил. 2, /3/ двутавр N_I 40 (ГОСТ 8239-72): ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; масса 1 м = 57 кг.

Проверка нормальных напряжений.

,

.

Проверка касательных напряжений.

,

.

Проверка жесткости (прогиба).

,

.

1.3 Расчет усложненной балочной клетки

1.3.1 Подбор сечения балок настила

1. Интенсивность нормативной нагрузки и расчетной равномерно распределенной нагрузки, действующей на балки настила:

;

.

2. Расчетный изгибающий момент и расчетная поперечная сила в балке настила:

;

.

3. Определяем требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки при упругой работе:

.

Принимаем по табл. 2 прил. 2, /3/ двутавр N_I 18 (ГОСТ 8239-72): ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; масса 1 м = 18,4 кг.

Проверка нормальных напряжений.

.

Проверка касательных напряжений.

.

Проверка жесткости (прогиба).

,

.

1.3.2 Подбор сечения вспомогательных балок настила

1. Интенсивность нормативной нагрузки и расчетной равномерно распределенной нагрузки, действующей на балки настила:

;

.

2. Расчетный изгибающий момент и расчетная поперечная сила в балке настила:

;

.

3. .

Принимаем по табл. 2 прил. 2, /3/ двутавр N_I 18 (ГОСТ 8239-72): ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; масса 1 м = 57 кг.

Проверка нормальных напряжений.

.

Проверка касательных напряжений.

.

Проверка жесткости (прогиба).

,

 .

1.4 Выбор оптимального варианта

Нормальная балочная клетка:

.

Усложненная балочная клетка:

.

Принимаем нормальную балочную клетку.

2. Расчет главной балки

2.1 Определение нормативных и расчетных нагрузок

;

.

2.2 Определение усилий

;

;

;

;

;

.

2.3 Компоновка сечения

Определяем из условия жесткости:

.

Определяем оптимальную высоту балки:

;

;

.

Определяем строительную высоту главной балки:

.

2.4 Подбор сечения поясов

.

. Задаем толщину пояса ,

.

Определяем площадь поясов:

.

Определяем ширину поясов:

.

Принимаем по ГОСТ 82-70 "Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный" .

2.5 Проверка местной устойчивости полки

,

.

;

;

;

;

2.6 Проверка прочности

Проверка нормальных напряжений.

,

.

Проверка касательных напряжений.

,

.

Проверка прогиба.

,

,

.

2.7 Изменение сечения главной балки

Рациональное место изменения сечения находится на расстоянии:

Момент и поперечная сила в месте изменения сечения:

.

Требуемый момент сопротивления измененного сечения:

.

Площадь пояса измененного сечения:

.

Ширина: .

Из условий: ,

,

, принимаем .

Площадь измененного сечения балки

;

момент инерции измененного сечения

;

момент сопротивления измененного сечения

;

статический момент половины сечения относительно нейтральной оси

;

статический момент пояса относительно нейтральной оси

экономический балка монтажный конструирование

.

2.8 Проверка прочности балки

Нормальное напряжение в месте изменения сечения:

.

Касательное напряжение в месте изменения сечения:

.



Напряжения в стенке на уровне поясных швов:

;

.

Приведенное напряжение в месте изменения сечения:

.

Напряжения в опорном сечении:

;

.

Приведенное напряжение в опорном сечении на уровне поясных швов:

.

2.9 Проверка общей устойчивости

.

2.10 Проверка местной устойчивости элементов балок

Условная гибкость стенки:

,

следовательно, местную устойчивость необходимо проверять.

.

.



Коэффициент, учитывающий защемление стенки равен:

.

Критические нормальные напряжения:

.

Критические касательные напряжения:

,

где: ,

, , .

.

Сечение 1-1.

.

Сечение 2-2.

.

Сечение 3-3.

.

2.11 Конструирование и расчет опорного ребра

Требуемая площадь опорного ребра:

,

где: - опорная реакция главной балки;

- расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности; - временное сопротивление металла балки, [т. 51 /2/]; - коэффициент надежности по материалу.

.

Принимаем толщину опорного ребра: .

Ширина ребра:

,

принимаем ширину ребра .

Проверка местной устойчивости ребра.

.

Проверка устойчивости из плоскости относительно оси z.

,

где: - расчетная площадь опорной части;

- коэффициент продольного изгиба, принимается в зависимости от прочности стали и гибкости

;

где: - момент инерции заштрихованной части сечения относительно оси z - z.

.

2.12 Конструирование и расчет монтажного стыка главной балки

Момент, действующий в месте стыка:

.

Доля изгибающего момента, приходящегося на стенку:

.

Доля момента приходящегося на пояса:

.

Усилия в поясных накладках:

.

Требуемая площадь накладки:

.

Количество высокопрочных болтов с одной стороны стыка:

,

где: - количество плоскостей трения между накладками и полкой;

- расчетное усилие, воспринимаемое одной поверхностью трения соединяемых элементов, при постановке одного высокопрочного болта,

где: - расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта,

- наименьшее временное сопротивление, - коэффициент трения,

- коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества болтов,

- площадь ослабленного резьбой сечения болта (площадь нетто),

- коэффициент надежности.

, принимаем .

Толщина стыковой накладки пояса: , принимаем .

Проверка прочности пояса и накладок в месте ослабления сечения болтами.

.

Конструируем стык стенки:

толщина накладок:;

расстояния между крайними горизонтальными болтами:

;

.



, следовательно

.

, следовательно, прочность обеспечивается.

2.13 Расчет поясных швов

Катет сварного шва:

- по наплавляемому металлу,

- по зоне сплавления.

где: - коэффициенты условий работы шва,

электрод типа Э42, проволока марки Cb-08,

- нормативное сопротивление,

- коэффициент надежности по материалу,

- расчетное сопротивление углового шва, по металлу шва,

- временное сопротивление металла балки,

.

Минимальная толщина сварного шва при составляет .

Минимальная толщина сварного шва при составляет .

Принимаем .

3. Расчет колонны

3.1 Расчет стержня колонны сплошного сечения

.

Расчетная сжимающая сила: .

.

Требуемая площадь поперечного сечения:

.

Требуемые радиусы инерции:

,

.

Требуемая высота сечения: .

Требуемая ширина сечения: .

Из конструктивных соображений принимаем .

Подбираем размеры листа пояса и стенки.

Площадь одного пояса:.

Площадь стенки: .

Толщина пояса:

.

Толщина стенки:

.

Принимаем: , , , .

 ,

.

Принимаем .

.

Фактические геометрические характеристики сечения.

площадь брутто: ,

моменты инерции:

,

,

радиусы инерции:

,,

гибкости: ; .

.

Проверка устойчивости стержня колонны.

.

3.2 Расчет оголовка колонны

Ширина опорного ребра оголовка сплошной колонны:

.

Требуемая площадь опорных ребер: .

Толщина ребра: .

Длина опорного ребра: .

Катет шва принимаем , .

Проверка на срез.

.

3.3 Расчет базы

Требуемая площадь опорной плиты:

.

Ширина опорной плиты: ,

где: - толщина траверсы;

- вылет консоли плиты.

Длина плиты: . Принимаем .

Площадь плиты: .

Напряжение в фундаменте под плитой:

.

Момент на консольном участке плиты:

.

Момент на участке, опертом по трем сторонам:

,

где: - длина свободного края плиты, плита рассчитывается как консоль: .

Момент на участке, опертом по четырем сторонам:

,

где: - длина короткой стороны участка, , .

Толщина опорной плиты: .

.

.

.

.

Список литературы

1. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для ВУЗов / Е.И. Беленя, В.А. Балдин, Г.С. Веденников и др. Под редакцией Е.И. Беленя. 6-е издание, перераб., и доп. М. Стройиздат, 1986.

2. СниП II-23-81*. Стальные конструкции. / Госстрой СССР. М: ЦИТП Госстроя СССР, 1988.

3. Расчет и конструирование элементов балочной клетки и колонны. Методические указания к курсовой работе по металлическим конструкциям. Составил М.Г. Селянцев. Псков. 1985 г.

Размещено на Allbest.ru

...