Материал: Расчет и конструирование элементов балочной клетки

Расчет и конструирование элементов балочной клетки

Пояснительная записка к курсовому проекту

Расчет и конструирование элементов балочной клетки

Задание

Курсовой проект посвящается проектированию и конструктивной разработке основных несущих элементов балочной клетки.

Балочной клеткой называется комплекс, состоящий из настила, укладываемого на систему балок, которые в свою очередь опираются на колонны. В зависимости от схемы расположения балок различают три основных типа балочных клеток: Упрощенный, нормальный и усложнённый. В данном курсовом проекте запроектирована балочная клетка нормального типа.

Исходные данные:

. Тип балочной клетки - нормальный

. Шаг колонн в продольном направлении (пролёт главной балки) L=13,6 м

. Шаг колонн в поперечном направлении l=4,4 м

. Отметка верха настила H=10,6 м

. Нормативное значении полезной (временной) нагрузки =21 кПа (кН/)

. Район строительства - г. Сургут.

1. Выбор стали

сталь балочный монтажный

Сталь выбираем в зависимости от температуры воздуха наиболее холодных суток в данном районе строительства с обеспеченностью 0,98.

В городе Сургуте температура наиболее холодных суток по СНиП 23-01-99* -48

Значит на СНиП СНиП 23-81* «Стальные конструкции» принимаем С345 третьей категории. ГОСТ 27772-88

2. Расчёт настила

Толщина настила принимается в зависимости от интенсивности нагрузки на настил:

=6÷8 мм при p<10 кН/;

=8÷10 мм при p=10÷20 кН/;

=10÷12 мм при p=20÷30 кН/;

=12÷14 мм при p>30кН/;

Размеры настила при работе его на изгиб с учётом распора Н можно приближенно вычислять из условия заданного предельного прогиба (Ⅱгруппа предельных состояний) по формуле:

Где:  - пролёт настила,  - толщина настила, = - отношение пролёта настила к его предельному прогибу (для стального настила рабочих площадок производственных зданий при отсутствии крановых путей  = 1/150); - нормативное значение нагрузки воспринимаемой настилом  - приведённый модуль упругости стали;

=  = = 2,26× кгс/;

E=2,06 модуль упругости стали

µ=0,3 коэффициент Пуассона для стали

Помимо нагрузки, определяемой проектным заданием, настил воспринимает собственный вес. Задавшись оптимальной толщиной настила =11 мм, зная объемный вес стали, можно определить значение нормативной нагрузки, действующей на настил:

 = +ρ×=21+78,5×0,011=21,86 кН/

Тогда можно определить предельное отношение пролёта настила к его толщине:

Из полученного значения и заданной ранее толщины настила допустимый пролёт настила определяется следующим образом:

= 98,8147 = 98,81471,1=108,696 см

Силу распора Н, на действие которой рассчитываются сварные швы, крепящие настил к балкам настила, можно определить по приближенной формуле:

Н=

Где:  - коэффициент надежности по нагрузке для действующей равномерно-распределённой нагрузки при полном нормативном значении нагрузки ≥200 кгс/, принимаемый =1,2

Н==326,813 кгс/

Сварные соединения с угловыми швами следует рассчитывать на срез по двум сечениям по формулам:

по металлу шва:

по металлу границы сплавления

Где: N=Н=326,813 кгс/;  - коэффициенты глубины проплавления шва, принимаемые соответственно 0,9 и 1,05 (автоматическая и полуавтоматическая);  - коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I1, I2, II2 и II3 (для которых γwf = 0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением Rwun = 410 МПа (4200 кгс/см2) и γwz = 0,85 - для всех сталей.);  - длина сварного шва (ширина полоски настила, закреплённой неподвижными шарнирами) принимаем=1 см;  - расчётное кгс/; будем принимать для электрода типа Э50 (для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 50 кгс/мм2 ГОСТ 9467-75);  - расчётное сопротивление металла граници сплавления сварного соединения с угловыми швами, принимаемое

= 0,55= 0,55 =2200 кгс/

 - для швов выполняемых ручной сваркой следует применят равным значению временного сопротивления разрыву металла шва, ГОСТ 9467-75* =50 кгс/=5000 кгс/

 - Значение коэффициента надёжности по материалу. Для сталей с  не более 5000 кгс/ следует принимать =1,25

=0,45=0,4549=22,05 кН/=2205 кгс/

 для листа по ГОСТ 27772-88=49 кН/м

 - коэффициент условной работы конструкции, принимаем =1

Расчётная высота катета шва, крепящего настил к балке, определяется из условий прочности углового шага на срез:

= =  =0,165 см

= =  =0,141 см

Конструктивная высота катета сварного соединения должна быть для толщины наиболее толстого из свариваемых элементов 11 мм и механизированной сварки тавровое с односторонними угловыми швами 0,6 см. Поэтому принимаем 0,6 см

Расчётная высота катета сварного шва, крепящего настил к балкам, определяется из условий прочности углового шва на срез:

3. Компоновка элементов балочной клетки

В случае балочной клетки простого типа. Балки настила (БН) оперяются на главные балки (ГБ) с шагом 0,6-1,6 м при стальном настиле (в нашем случае а= 1,36 м). Тип сопряжения балок- в уровень.

4. Расчёт балок настила

Балки настила воспринимает следующие нагрузки:

Полезная нагрузка =21 кПа (кН/);

Собственный вес настила  =78,5×0,011=0,8635 (кН/);

Собственный вес БН , который в первом приближении ориентировочно принимается равным 1-2% от полезной нагрузки, =0,01×21=0,21 кН/

Для определения интенсивности распределённой нагрузки, действующей на БН, необходимо все нагрузки привести к погонным кН/. Ширина грузовой площади БН равна их шагу, а= 1,36 м

Нормативное значение нагрузки, действующей на БН:

=(21+0,8635)1,36+0,21=29,944≈30 кН/

Расчётное значение нагрузки, действующей на БН:

сталь балочный монтажный

=(211,2+0,86351,05)=35,73 кН/

 - коэффициент надёжности по нагрузке,  - для действующей равномерно-распределённой нагрузки при полном нормативном значении нагрузки ≥200 кгс/, принимаемый =1,2; для металлических конструкций.

Максимальный изгибающий момент (в середине пролёта балки) равен:

==86,46 кН

Максимальная поперечная сила (опорная реакция балки) равна:

==78,606 кН

Расчётная схема БН и эпюра внутренних усилий

Подбор сечения

Требуемый момент сопротивления нетто поперечного сечения балки равен:

=  =  = 209,488

- по ГОСТ 27772-88 для С345 =33,5 кН/

 - коэффициент условной работы принимаем =1,1

 - коэффициент учитывающий упруго пластичную работу материала. Зависит от вида сечения и от касательных напряжений. Принимаем =1,12

По сортаменту прокатных профилей выбираем двутавр №22 по ГОСТ 8239-72 с моментом сопротивления не сечения не менее требуемого.

Двутавр имеет следующие геометрические характеристики:

h=220 мм=22 см; b=110 мм=11 см; t=8,7 мм=0,87 см; A=30,6; =22550 ; =232;  = 24 кг =0,24 кН/; d=5,4 мм=0,54 см

Собственный вес 1 п.м. балок выбранного профиля составляет 0,24 кН/, что очень близко к значению собственного веса ВБ, принятого в первом приближении (=0,21 кН/), поэтому пересчёт нагрузок с учётом действительного веса балки не производим.

Значения касательных напряжений в сечениях изгибаемых элементов должны удовлетворять условию:

 = ≤

Где: Q= 78,606 кН - максимальная поперечная сила; I/S=h=22 см - высота сечения стенки балки на опоре; t=d =0,54 см - толщина стенки балки на опоре;  - расчётное сопротивление стали сдвигу, =0,58=0,583350=1943 кгс/;  - коэффициент условной работы принимаем =1,1

= = 661,667 кгс/

=1943 1,1=2137,3 кгс/

(=661,667 кгс/ <=2137,3 кгс/)