Стальные конструкции балочной площадки

Министерство образования  РФ

ТОМСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙАРХИТЕКТУРНО-

СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

Кафедра

«Металлические и деревянные конструкции».

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА №1

 

 

 

 

Стальные конструкции  балочной площадки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                 Полютских А.И.

                                                                    гр. 140.1

 

Принял:                                                      Мелёхин Е.А.

 

 

 

                                                   

                                                  ТОМСК-2012

1.Балочная клетка нормального типа

 

 

1.2.Компоновка  варианта

 

Исходные данные:

 

36 x 18 – размер площадки в плане.

l_{m =}12 м – шаг колон в продольном направлении.

l_{s =} 6 м – шаг колон в поперечном направлении.

H_{f =} 10 м – отметка пола площадки.  

H_{q =} 8 м – отметка верха габарита помещения.

H_{z =} 0,000 м – пол здания.

q_{n =} 33 кН/м² – временная нагрузка

 

Принимая  , вычисляем ориентировочный шаг балок настила:

ln=0.27γ_nn₀t_n[1+72E₁/n⁴₀g_n]=0.27*0.95*120*0.8[1+72*2.26*10⁴/120⁴*33*10^-4]=30.78*0.8*3.4=83.7см

 

Ориентировочное количество шагов  балок настила в пределах пролёта  главной балки:

Округляя число  в большую сторону до целого чётного числа, окончательно К=16 шагов.

Фактический шаг балок настила:

 

Расчёт балки  настила.

 

Расчётную схему балки настила  принимаем в виде однопролётной  шарнирно-опертой балки, загруженной  равномерно распределённой погонной нагрузкой, собираемой с грузовой площади шириной  а.

 

Сбор нагрузок:

Вес балки =12кг/м²=0,12кН/м²

Q_н=78,5*0,008=0,628кН/м

	Нормативная		Расчетная
Временная	33	1,2	39,6
Настил	0,628	1,05	0,659
Балка	0,12	1,05	0,126

 

q_н=25.3кН/м²

q_р=30.3кН/м²

 

30,3/100=0,303 кН/см²

q=q_p/l_n=0.303/83.7=0.004 кН/см

 

Статический расчёт балки настила:

 

Подбор сечения:

Требуемые геометрические характеристики сечения балки:

 

 

-момент сопротивления

-момент инерции

По ГОСТ 8239-89 принимаем I №30 с J_x=7080см⁴, W_x=472см³, b_f=13,5см, P_bn=36,5кг/м.

 

 

 

 

 

 

2. Главная балка составного сечения

 

Подбор  сечения балки

 

Расчётную схему  главной балки принимаем в  виде однопролетной балки с шарнирным  опиранием и равномерно распределенной нагрузкой

P_n=?

P_g=36.5 кг/м

m=t_n*ρ+P_g/a_бн=(0.008*7850+36.5/0.75)=111.4 кг/м²=1,114 кН/м²

 

Сбор нагрузки на балку.

Нормативная погонная нагрузка:

Погонная расчётная нагрузка:

=1,02- коэффициент, учитывающий  собственный вес главной балки;

 

Статический расчёт балки,

 

Требуемый момент сопротивления сечения:

 

.Высота балки.

-минимальная 

-оптимальная  , где

 

Высоту балки принимаем по h_opt. Согласно ГОСТ ближайший размер  ширины стандартного листа 1600 мм, его и принимаем за высоту стенки h_w=1600 мм.

 

Толщина стенки.

-из условия среза в опорном  сечении  

-из условия принятой гибкости  стенки 

В соответствии с ГОСТ 82-70^* t_w=10мм.

Окончательно  принимаем сечение стенки h_w*t_w=1600*10мм

 

Сечение поясов балки определяем:

 

 t_f=1.66t_w=1,66*10=16,6 мм;

b_f=0.302h_w=0.302*1600=48,32 мм

Согласовывая с ГОСТ 82-70*, принимаем  b_f=500 мм,  t_f=18 мм.

 Принятые размеры сечения  следует сразу проверить по  условию устойчивости сжатого  пояса:

b_ef/t_f=b_f-t_w/2t_f=50-1/2*1.8=49.9/3.6=13.86<0.5√E/R_y=14.69

     

             Условие выполняется.

Окончательное сечение стенки и  поясов принимаем :

h_w*t_w=1600*10мм, b_f=500 мм,  t_f=18 мм.

 

 Проверка прочности подобранного  основного сечения балки:

 

 

 

.

 Условие прочности основного  сечения выполняется

 

 

Проверка  прочности, жесткости и общей  устойчивости балки

А_бн=l_ef=75см

b=b_1f=50см

t=t_f=1.8см

h_f=163.8см

 

1≤

≤6      1≤3.3≤6см

15≤

≤35     15≤27.7≤35см

Общая устойчивость балки выполняется, следовательно, обеспечена устойчивость.

 

 

Соединение  поясов балки со стенкой

Рассчитывают  поясные швы по сдвигающему усилию пояса Т на единицу длины от максимальной поперечной силы Q_max в опорном сечении балки

 

n=2

βR_wγ_w=16мм=1,6см

K= ;      T=Q_max*S_f1/I₁; I₁=I_w+I_1f;  S_1f=b_1f*t_f*(h/2)

S_1f=50*1.8*163.8/2=7371

I₁=341333.33+1210320=1551653.33

T=1497*7371/1551653.33=7

K_f=7/2*1.6=2.3

Принимаем K_f=6

 

Опорный узел балки

 

Принимаем (т.е. ширине полки уменьшенного сечения), определяем требуемую толщину опорного ребра из условия смятия торца:

,

 

 

 

 

 

-проверка устойчивости ребра  относительно оси z:

;

;

;

;

;

;

.

 

 

 

Укрупнительный  стык балки

 

 

Стык проектируем  высокопрочными болтами диаметром  d_б=20 мм (А_n=2,45см²) из стали 40X «селект»(R_bun=110кН/см²); диаметр отверстий под болты d₀=23 мм; способ очистки соединяемых поверхностей – стальными щетками( ); контроль за натяжением стержня болта – по моменту закручивания( ).

Несущая способность  одного болта, имеющего две поверхности  трения (К=2):

.

Расчет стыка:

M_max=449100 кН*см

I_x=1551653.3см⁴

I_f=1210320см⁴

I_w=341333.3см⁴ 

 

Стык поясов:

-усилие в стыке поясов:

N_f=M_max

 

-требуемое количество болтов  по одну сторону стыка:

.Принимаем n_f=18 болтов.

 

 

 

       Стык поясов  выполняем тремя накладками, так  чтобы суммарная площадь сечения  накладок была не менее площади  сечения пояса . Принимаем сечение накладки с внешней стороны пояса b_fn*t_fn=500*18 мм. На внутренней стороне пояса ,задавшись зазором между накладкой  и стенкой балки б=20 мм. Высота балки: h=h_w+2t_f=160+2*1.8=163.8мм.   

 

Стык стенки:

-предельный момент, воспринимаемый  стенкой:

.

      Определяем максимальное  расстояние между крайними по  высоте стенки ряда болтов  y_max,принимая расстояния от низа пояса балки до оси крайнего ряда болтов а₄=75 мм, тогда

           y_max=(h_w-2 а₄)=(1250-2*75)=1100 мм=110 см.

         Требуемое  число горизонтальных рядов болтов (по высоте стенки) определяем, принимая  число вертикальных рядов с  одной стороны стыка m=2.

           Определим  коэффициент стыка:

          

            По величине коэффициента определяем  требуемое число горизонтальных  болтов ряда по высоте стенки  n=6.

            Выполним проверку прочности  болтов в крайних рядах стыка  стенки:

             Условие прочности стыка стенки  обеспечено.

 

3.Расчёт и конструирование  центрально-сжатой колонны

 

3.1.Выбор  типа сечения колонны

 

 

Геометрическая  длина колонны:

.

Расчетная длина  колонны в продольном и поперечном направлении площадки:  .

Расчетное значение продольной силы в колонне:

.

Возможность использования в качестве ветвей прокатных профилей может быть оценена:

, условие не выполняется. Стержень  колонны проектируем сплошного  составного сечения.

 

 

 

 

 

3.2.Расчет  колонны сплошного составного  сечения.

 

 

Сварка автоматическая - в лодочку, сварочная проволока  марки Св-08А по ГОСТ 2246-70* с R_wf=18кН/см²; коэффициенты глубины провара ; .

Задаёмся  значением  , тогда

; ; ; .

Требуемая ширина колонны: .

Из конструктивных и технологических  требований принимаем  в соответствии с ГОСТ 82-70*.

Требуемая толщина  стенки: .

Принимаем по ГОСТ 82-70* .

Сечение стенки .

Проверяем устойчивость стенки:

, устойчивость стенки обеспечена.

 

Требуемая толщина  полки 

. По ГОСТ 82-70* принимаем t_f=20мм.

Сечение полок  .

Проверяем устойчивость полок:

.Устойчивость полок обеспечена.

Проверка  устойчивости колонны:

 

Коэффициент продольного изгиба:   .

.

 

Сварные поясные швы выполняются  односторонними автоматической сваркой, принимая высоту катета шва k_f=7 мм.

 

 

 

 

3.2.Конструирование  и расчет оголовка колонны

 

 

Назначаем толщину  опорной плиты  . Определяем минимальные значения катета швов .

Расчет вертикального  ребра:

Требуемая толщина  диафрагмы из условия смятия её торца  при 

;

, по ГОСТ принимаем t_v=10 мм.

Высота вертикального  ребра определяется из условий требуемой  длины сварных швов,

прикрепляющих ребро к стенкам ветвей колоннам четырьмя швами:

.

Так как толщина  стенки ветвей колонны практически  всегда меньше толщины вертикального  ребра, то высоту катета шва следует  принимать равной толщине стенки ветви k_f=10 мм

 

Назначаем размеры  горизонтального ребра:

Расчетная ширина ребра: . По ГОСТ 103-76* принимаем b₂=85 мм.

Толщина ребра: . Принимаем толщину ребра 6 мм.

Окончательно  b₂*t₂=90*6мм.

Соединяют горизонтальное ребро с вертикальным ребром и  стенками ветвей швами с минимальным  катетом k_f=4 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3.Конструирование  и расчет базы колонны

 

 

Материал  фундамента – бетон класса прочности  В 15.

3.4.1.Размеры  опорной плиты в плане.

Принимая  =1,2, находим и требуемую площадь опорной плиты: .

Ширину плиты  принимаем конструктивно:

           ,

Где t_тр=10 мм,d=100 мм.

 По ГОСТ 8200-70* принимаем b_пл=630мм.

Длину плиты  принимаем конструктивно .По ГОСТ 8200-70* принимаем l_пл=670 мм.

Окончательно  принимаем размеры плиты в  плане b_пл*l_пл=630*670мм.

 

3.4.2.Толщина  плиты.

Среднее напряжение в бетоне под опорной плитой: .

Элементами  траверсы и колонной плита разбивается  на 3 участка. Изгибающие моменты на участках:

1.Опирание по 4 сторонам - .

2.Опирание по 3 сторонам -

3.Консольные -.

Расчетный изгибающий момент М=60,14кНсм.

Требуемая толщина  плиты:

. По ГОСТ 82-70* принимаем t_пл=40мм.

3.4.3.Расчет  траверсы.

Толщина траверсы принимается конструктивно: t_тр=10 мм

Высота траверсы определяется требуемой длиной сварных  угловых швов, прикрепляющих ее к  ветвям колоны:

 

.

Принимаем k_f=10 мм.

Согласовывая  с ГОСТ 82-70*, имеем h_тр=30см.

 

 

 

 

 

Литература.

 

 

1 Металлические конструкции. В  3 т. Т. 1. Элементы стальных конструкций.: Учеб. пособие для строительных  вузов/В.В.Горев, Б.Ю.Уваров, В.В.Филиппов  и др.; Под ред. В.В.горева.-М.:Высш.шк.,1997.-527с.

 

2. Кочергин Ю.Г. Балочная площадка: Методические указания по курсовому  проектированию. Часть1. Сравнение вариантов.  Томск: Изд-во ТГАСУ,1999-24с.

 

3. Кочергин Ю.Г. Балочная площадка: Методические указания по курсовому проектированию. Часть2. Расчет и конструирование главной балки. Томск: Изд-во ТГАСУ,2000-32с.

 

4. . Кочергин Ю.Г. Балочная площадка: Методические указания по курсовому проектированию. Часть3. Расчет и конструирование центрально-сжатой колонны. Томск: Изд-во ТГАСУ,2000-36с.