Курсовая работа (т): Компоновка балочной клетки рабочей площадки производственного здания

Компоновка балочной клетки рабочей площадки производственного здания

Содержание

Введение.

.        Исходные данные для курсового проектирования.

.        Технико-экономическое обоснование компоновки балочной клетки.

.1 Выбор компоновочной схемы

.2 Выбор стали основных конструкций

.3 Расчет настила

.4 Расчет балок настила и вспомогательных балок

Вариант 1. Балочная клетка нормального типа

Вариант 2. Балочная клетка усложненного типа

.5 Выбор оптимального варианта

.Расчет главной балки.

.1 Определение нормативных и расчетных нагрузок

.2 Определение усилий

.3 Компоновка сечения главной балки

.4 Проверка нормальных напряжений

.5 Изменение сечения балки по длине

.6 Проверка прочности балки в измененном сечении

.7 Проверка местной устойчивости элементов балки и расчет балки

.8 Проверка жесткости

.9 Расчет поясных швов

.10 Конструирование и расчет опорной части балки

.11 Расчет и конструирование монтажного стыка

. Расчет колонны.

.1 Расчет стержня колонны сквозного сечения

.2 Расчет планок

.3 Расчет оголовка колонны

.4 Расчет базы колонны

Список литературы

Введение

В курсовом проекте рассматривается балочная клетка рабочей площадки производственного здания, состоящая из железобетонного настила, системы перекрестных балок, колонн и фундаментов. Выбор размеров балочной клетки в реальных условиях достаточно сложен, так как на суммарную стоимость конструкции влияет большое количество факторов: тип настила, схема размещения балок, шаг колонн, марка стали и т.п. С учетом современного метода вариантного проектирования задача курсового проекта упрощается и сводится к выбору оптимального по расходу металла решения упрощенного, нормального или усложненного типа балочной клетки при заданной полезной нормативной нагрузке и основных параметров.

В данном курсовом проекте рассматривается два варианта компоновки балочной клетки. При этом изменяется шаг балок настила и второстепенных балок. Для каждого из двух вариантов необходимо рассчитать настил, балки настила, второстепенные балки и определить минимальный расход стали на 1 м² перекрытия.

1. Исходные данные для курсового проектирования

.Номер схемы поперечника: 2.

1.      Размеры площадки в плане: 30х18 м.

2.      Шаг колонн в продольном направлении: 15 м.

.        Шаг колонн в поперечном направлении: 6 м.

.        Нормативная полезная нагрузка: g^н=12 кН/м².

5.      Коэффициент надежности по нагрузке: γ_f=1,2.

.        Отметка верха габарита помещения: +9,200.

.        Отметка настила: +11,200

.        Отметка чистого пола 1-го этажа: ±0,000.

.        Материал несущих конструкций: сталь;

.Материал фундаментов: бетон класса В12,5.

.Тип сечения колонн: сквозные.

. Расчетная температура эксплуатации -20 °C.

2. Технико-экономическое обоснование компоновки балочной клетки

.1 Выбор компоновочной схемы

Балочные клетки могут быть нормального или усложненного типа

(рис. 1.1.1 а,б):

а). Нормальный тип балочной клетки

.

б). Усложненный тип балочной клетки.

Рис. 1.1.1. Типы балочных клеток.

2.2 Выбор стали основных конструкций

Исходя из заданной температуры эксплуатации и приняв статический характер действия нагрузки по табл. 50* [1] выберем сталь для основных конструкций:

Главные балки, балки настила и колонны - сталь С245 по ГОСТ 27772-88

Настил рабочей площадки и связи по колоннам - сталь С245 по ГОСТ 27772-88

2.3 Расчет настила

Толщину стального настила находим из нормативной величины временной нагрузки и в соответствии с сортаментом:

Р^н=12 кН/м², то t=8-10 мм. Принимаем t=10 мм.

Максимальный пролет стального настила, определенный из условия равенства фактического прогиба настила предельному значению:

а=1 м.

где n₀ = 150 - величина обратная предельному относительному прогибу настила;

E₁ = 2.26 ×10 ⁸ кПа - цилиндрическая изгибная жесткость стального настила;

р^н =12 кПа;

t = 0,01м.

2.4 Расчет балок настила и вспомогательных балок

Вариант 1. Расчет балочной клетки нормального типа.

Расчет балки настила.

Балку рассчитываем как свободно опертую, загруженную равномерной нагрузкой. Толщина настила 10 мм. Вес настила Р_н=0,785 кН/м², a=1 м - шаг балок настила.

Определяем нормативную линейную равномерно распределенную нагрузку на балку настила:

Определяем расчетную линейную равномерно распределенную нагрузку на балку настила:

,

где γ_fз=1.0,5 - коэффициент надежности для собственного веса пастила; γ_fg=1,2 - коэффициент надежности по нагрузке

Расчетной схемой балки настила является однопролетная разрезная балка. Усилия, действующие в балке настила, при пролете балки равном l=6м:

Усилия, действующие на балку настила:

М ^н =( q ^н * l ² )/ 8=(12,785 * 6 ² )/ 8 = 57,5325 кН м=( q * l ² )/ 8=(15,2242 * 6 ² )/ 8 = 68,5089 кН м=( q _* l ) / 2 = (15,2242 * 6) / 2 = 45,6726 кН

Определяем требуемый момент сопротивления балки:

,

где с₁=1,12-коэффициент, принимаемый по прил.5 [3],

γ_c=1- коэффициент условий работы,

R_у=24,5 кН/см² расчетное сопротивление по пределу текучести для стали С245.

Принимаем по сортаменту двутавр №26Б1 по ГОСТ 26020-83, имеющий:

I_x=4024 см⁴, W_x=312,0 см³, Л/п=0,28 кН/м, А=35,62 см².

Определяем дополнительные усилия от собственного веса балки:

M´_н=(Л/п*l²)/8=0,280*6²/8=1,26 кНм

М´=(Л/п*l^2* γ_fз)/8=(0,280*6^2* 1,05)/8=1,323 кН

Q´=(Л/п*l^2* γ_fз)/2=(0,280*6^2* 1,05)/2=0,882 кН

Проверка выбранного профиля:

s = (М+ М₁)/С₁ W_x = (6850,89 + 132,3) / 1,16*312=19,29 < 24.5 кН / cм²

t = Q₂ / (h - 2 t_f) t _w =45,6726/(25,8-2*0,85)0,58=3,27<7,105

где С₁ = С при t < = 0. 5 R_s =7,105

C = 0.04576 / (A_f/А_w)+ 1.0185=0.04576 / 0,32+1.0185=1,16_f/А_w = b_f t_f / (A - 2 b_f t_f)=(12*0,58)/(35,62-2*12*0,58)=0,32

Проверка относительного прогиба балки:

/ l =((М ^н + М´^н )*l) / (10* J_x *E)=( (5753,25 + 126) * 600) / (10 *4024 * 2.06* 10⁴) =4,26*10^-3<5*10^-3

f / l≤1/ n₀ при l=6 м n₀=200

Жесткость балки настила обеспечена.

Расход материала на м² конструкции:

Масса m=0,28кН=28кг

Количество балок к/б=16

Р/м=(m*l*к/б)/(l*b)= (28*6*16)/(6*15)=29,867кг/м²

Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прочности и прогиба.

Вариант 2. Расчет балочной клетки усложненного типа.

Расчет балки настила.

Шаг балок настила принимаем а=1,2 м, шаг вспомогательных балок принимаем равным b=3 м. Толщина настила 10 мм, Р_н=0,785 кН/м²,.

Определяем нормативную линейную равномерно распределенную нагрузку на балку настила:

Определяем расчетную линейную равномерно распределенную нагрузку на балку настила:

Усилия, действующие на балку настила:

,

Q=*3/2=27, 4036 кН

Определяем требуемый момент сопротивления балки:

,

где с₁=1,12-коэффициент, принимаемый по прил.5 [3],

γ_c=1- коэффициент условий работы,

R_у=24.5 кН/см² расчетное сопротивление по пределу текучести для стали С245

Принимаем по сортаменту двутавр №16Б1 по ГОСТ 26020-83, имеющий:

I_x=689 см⁴, W_x=87,8 см³, Л/п=0,127 кН/м, А=16,8 см².

Определяем дополнительные усилия от собственного веса балки:

M´_н=(Л/п*l²)/8=0,127*3²/8=0,1429 кНм

М´=(Л/п*l^2* γ_fз)/8=(0,127*3^2* 1,05)/8=0,15 кН

Q´=(Л/п*l^2* γ_fз)/2=(0,127*3^2* 1,05)/2=0,2кН

Проверка выбранного профиля:

s = (М+ М₁)/ С₁ W_x = (2055,27 + 15) / 1,09*87,8=21,6325 < 24.5 кН / cм²

t = Q₂ / (h - 2 t_f) t _w =27, 4036 /(15,7-2*0,59)0,40=4,72<7,105

где С₁ = С при t < = 0. 5 R_s =7,105

C = 0.04576 / (A_f/А_w)+ 1.0185=0.04576 / 0,68+1.0185=1,09_f/А_w = b_f t_f / (A - 2 b_f t_f)=(8,2*0,59)/(16,8-2*8,2*0,59)=0,68

Проверка относительного прогиба балки:/ l =((М ^н + М´^н )*l) / (10* J_x *E)=( (1725,97 + 14,29) * 300) / (10 *689 * 2.06* 10⁴) =3,68*10^-3<6,6666*10^-3

f / l≤1/ n₀ при l=3 м n₀=150

Жесткость балки настила обеспечена.

Расход материала на м² конструкции:

Масса m=0,127кН=12,7кг

Количество балок к/б=25

Р/м=(m*l*к/б)/(l*b)= (12,7*3*25)/(6*15)=10,58кг/м²

Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прочности и прогиба.

Расчет вспомогательной балки.

Нагрузку на вспомогательную балку от балок настила считаем равномерно распределенной. Определяем нормативную и расчетную нагрузку на нее:

Определяем расчетную линейную равномерно распределенную нагрузку на балку настила:

Усилия, действующие на балку настила:

,

Q=*6/2=137, 2584 кН

Определяем требуемый момент сопротивления

,

Принимаем по сортаменту двутавр №40Б2 по ГОСТ 26020-83, имеющий:

I_x=18530см⁴, W_x=935,7 см³, Л/п=0,548 кН/м, А=69,72см².

Определяем дополнительные усилия от собственного веса балки:

Mн=0,548*6²/8=2,466кНм

М=0,548*1,05*6²/8=2,5893кНм

Q=0.548*1.05*6/2=1,7262кН

Проверка выбранного профиля:

s = (М+ М₁)/ С₁W_x = (20588,76 +258,93) /1,09* 935,7=20,44 < 24.5 кН / cм²

t = Q₂ / (h - 2 t_f) t _w =137, 2584 /(39,6-2*1,15)0,75=4,91<7,105

где С₁ = С при t < = 0. 5 R_s =7,105

= 0.04576 / (A_f/А_w)+ 1.0185=0.04576 / 0,6+1.0185=1,09_f/А_w = b_f t_f / (A - 2 b_f t_f)=(16,5*1,15)/(69,72-2*16,5*1,15)=0,6

Проверка относительного прогиба балки:

/ l =((М ^н + М´^н )*l) / (10* J_x *E)=( (17294,04+ 246,6) * 600) / (10 *18530 * 2.06* 10⁴) =2,757*10^-3<5*10^-3

f / l≤1/ n₀ при l=6 м n₀=200

Жесткость балки настила обеспечена.

Расход материала на м² конструкции:

Масса m=0,548кН=54,8кг

Количество балок к/б=6

Р/м=(m*l*к/б)/(l*b)= (54,8*6*6)/(6*15)=21,92кг/м²

Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прочности и прогиба.

2.5 Выбор оптимального варианта

Полученные величины расхода стали на 1 м² площади балочной клетки сведены в таблицу 3.3.1:

Таблица 3.3.1

По расходу металла 1 вариант выгоднее.

3. Расчет главной балки

конструкция балка настил устойчивость

Главные балки балочных клеток проектируют составными из листовой стали по ГОСТ 82-70^*. Соединение листов осуществляется сваркой или заклёпками. Большинство используемых составных балок - сварные, клёпаные балки применяются в основном при тяжёлой подвижной нагрузке, так как в этих условиях они значительно надёжнее сварных. В обычных условиях сварные балки более экономичны.

3.1 Определение нормативных и расчетных нагрузок

Расчетной схемой главной балки является однопролетная балка, загруженная равномерно распределенной полезной нагрузкой и нагрузкой от собственного веса балок настила и настила.

Нормативная величина равномерно распределенной нагрузки:

^н = b * ( p ^н * g ^н_н + g ^н_бн ) = 6 * ( 12+0,785+0,2987) = 78,5 кН / м.п

Расчетная величина равномерно распределенной нагрузки:

= b * (n₁* p^н + n₂* g ^н_н + n₂ * g ^н_бн) = 6 * (1,2 *12 +1,05*0,785 + 1,05*0,2987) = 93,23 кН / м.п

.2 Определение усилий

Максимальная величина изгибающего момента, действующего в середине пролета главной балки:

М ^н = q ^н * l ² *a / 8 = 78,5 * 15 ² *1,05/ 8 = 2318,2 кН*м

М = q * l ² * a / 8 =93,23 * 15² *1,05/ 8 = 2753,2 кН*м

Поперечная сила :

Q = q * l * a / 2 =93,23*15*1,05 / 2 =734,19 кН

3.3 Компоновка сечения главной балки

Для определения высоты главной балки вычисляется требуемый момент сопротивления

W _тр = M / R _y =275320 / 24,5=11237,55 см ³

Минимальная высота балки, определенная из условия обеспечения требуемой жесткости :

h _min = l * R _y * g _c / (10 ⁵ * f / l ) * М ^н / М , где f / l =1 / 400 и R _y = 24.5 кН / см ²

h _min = 1500 * 24.5 * 400 * 461853 / 10⁵ * 231820/275320=123,77 см принимаем h _min =124 см.

h _opt = 1.15 * Ö W _тр / t _w

Ориентировочная толщина стенки балки

t _w = 7 + 3 * h / 1000 ,где h =(1/10)* l = 15000/10 = 1500 мм

t _w = 7 + 3*1500 /1000 =11,5 мм

Принимаем толщину стенки балки 12 мм, t _w>8.

Оптимальная высота балки, обеспечивающая ее минимальный вес :

h _opt = 1.15 * Ö 11237,55 / 1,2=111,29 см , т.к. h _opt < h _min

При этом высота балки не может быть больше необходимого ограничения габарита :

h _стр = H-( t _н+ h _б.н. ) =(11,2-9,2) -(1+25,8) =173,2 м

0,85* h _opt< h _min <1,15* h _opt

94,6< h _min <127,99_{min =} h _min =124 см.

Принятая толщина стенки проверяется на срез

t _w ³ K*Q / (h _w * R _s* g _c ) =1.2*734,19/(124*14.21) =0.5 см ,

1,2>0,5 условие выполнено

Определяем условную гибкость стенки :

l _w = h _w / t _w*Ö R _y / E =124 / 1.2 *Ö 24.5 / 20600 =3,51 < 5.1 , условие выполнено

Требуемая площадь сечения пояса :

A _f ^тр = W тр / h - t _w * h / 6 = 11237,55 / 124 - 1.2 * 124 / 6 = 30,24см²

Обычно ширина пояса принимается равной (1/3 - 1/5) * h.