Курсовая работа (т): Расчет и конструирование металлических конструкций многоэтажного производственного здания

Расчет и конструирование металлических конструкций многоэтажного производственного здания

1.      Компоновка перекрытия

плита балка сварной двутавр

Общая схема

Шаг второстепенных балок приняла а=3600 мм, который находится в промежутке 2000-5000 мм, и он укладывается по длине в целое число n раз L₁(L₁=n∙a). n= L₁/a= 14400 мм/3600 мм=4

2. Второстепенная балка перекрытия

.1 Подбор сечения

Второстепенные балки междуэтажного перекрытия проектирую прокатными двутаврового симметричного профиля.

l_z = 250 мм - глубина заделки второстепенной балки в стену;

 = 300 мм - ширина пояса главной балки;

 = 5,75 м - расчетный пролет второстепенной балки

.

Нормативная нагрузка на единицу длины второстепенной балки:

= (250 кгс/м² + 600 кгс/м²) · 3,6 м=3060 кгс/м = 30,6кН/м

Расчетная нагрузка на единицу длины (без учета собственного веса балки)

 = (250 кгс/м² · 1,1+600 кгс/м² · 1,2) · 3,6 м =3582 кгс/м= 35,82 кН/м

=250 кгс/м² и =600 кгс/м² - постоянные и временные равномерно распределенные нормативные нагрузки;

=1,1 и =1,2 - коэффициенты надежности по нагрузке соответственно для постоянной и временной нагрузок [2, табл. 1, п. 3.7].

Максимальный расчетный изгибающий момент в середине балки по длине (с ориентировочным учетом собственного веса балки)

===152,5кН·м

где ш =1,03 - коэффициент, учитывающий вес балки.

Расчет на прочность прокатных балок, изгибаемых в одной из главных плоскостей, произвожу по изгибающему моменту:

 =.

Требуемый момент сопротивления поперечного сечения определяю как

=

=15250кН/см - максимальный расчетный изгибающий момент в кН×см;

=0,9 - коэффициент условия работы [1, табл. 6^*];

=2350 кгс/см²=23,5кН/см² - расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести по табл. 51^*[1];

c=1,07 - коэффициент, учитывающий возможность развития пластических деформаций в разрезной балке сплошного сечения из стали с пределом текучести  до 580 МПа (5900 кгс/см²), для балок симметричного двутаврового профиля принимается по табл. 66 прил. 5 [1]. В первом приближении с принимаю в зависимости от

.

По сортаменту прокатных двутавровых профилей (прил. 3) подбираю сечение балки, выполняя условия:

1. .

. По конструктивным требованиям ширина пояса . По указанным условиям подобрала № двутавра по ГОСТу .

Геометрические характеристики:

H - высота балки = 360 (мм),

B - ширина полки = 145 (мм),

t - толщина стенки = 7,5 (мм),

s - толщина полки = 12,3 (мм),  - вес погонного метра или r - линейная плотность = 0,486 (кН/м),  - момент инерции = 13380 (см⁴),  - момент сопротивления =743 (см³).

Уточняю максимальный момент в сечении второстепенной балки (за счет фактической величины собственного веса)

=

где =1,05 - коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса стальной балки [2, табл. 1].

Произвожу проверку прочности по нормальным напряжениям:

,

с^* - коэффициент, принимаемый по табл. 66 [1], путем интерполяции для действительного отношения  (площади пояса и стенки по сортаменту).

А=61,9 см²

А_N=Н·t = 360 мм ·7,5 мм = 2700 мм = 270 см

А_f= B·s = 145 мм · 12,3 мм = 1783,5 мм =178,35 см

=178,35 см / (270 см · 2) = 0,33

Проверка:  17,12кН/см²≤21,15кН/см²

2.2 Проверка жесткости балки

Проверку жесткости выполняю по второму предельному состоянию.

Полученный относительный прогиб является мерой жесткости балки и не должен превышать нормативного, зависящего от назначения балки

,

где =1/250=0,004 - предельно допустимая величина относительного прогиба второстепенной балки (прил. 2).

Для однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой,

=(250 кгс/м²+600 кгс/м²)·3,6 м+0,486кН/м=31,086кН/м

Определяю максимальный прогиб:

Е=2,06·10⁴кН/см² - модуль упругости по табл. 63 прил. 3 .

f/l = 1,6 см/575 см = 0,0027 = 2,7·10^-3≤4·10^-3

3. Главная балка рабочей площадки

.1 Подбор сечения балки в виде сварного двутавра

Главную балку проектирую в виде сварного двутавра.

Для определения силы F определяю грузовую площадь А_гр.

=14,4 м·3,6 м =51,84 м²

=51,84 м²·

(250 кгс/м²·1,1+600 кгс/м²·1.2)+5,75 м·0,486кН/м·1,2+3,6 м·1 (кН/м)·1,2=523,48кН

Для принятой расчётной схемы из условия равновесия определяю реакции опор, находятся максимальные расчётные изгибающий момент и поперечная сила.

∑М₁=F·(3,8+3,8+3,6+3,8+3,6+3,6) - Р₂·(3,8+3,6+3,6+3,4)=0 Р₂=807,03кН

∑М₂=F·(3,4+3,4+3,6+3,4+3,6+3,6) - Р₁·14,4=0 Р₁=763,41кН

М₁=Р₁·3,8 = 2900,958кН·м

М₂=Р₁·(3,8+3,6) - F·3,6 = 3764,706кН·м

М₃=Р₁·(3,8+3,6+3,6) - F·(3,6·3) = 2743,926кН·м

Q₁=P₁=763,41кН Q₂=P₁-F=239,93кН

Q₃=P₁-2F=-283,55кН Q₄=P₁-3F=-807,03кН

=14,4 м+(0,4 м/2)+(0,4 м/2)=14,4 м

Начинаю компоновку сечения балки с определения высоты стенки балки, от которой зависят все остальные параметры балки.

Высота стенки:

. Минимальная высота из условия жёсткости

=1/400 - предельно допустимая величина относительного прогиба главной балки;  - среднее значение коэффициента надежности по нагрузке, .

. Оптимальная высота из условия минимального расхода стали

,

где = - требуемый момент сопротивления главной балки;  - толщина стенки.

Толщина стенки:

. = 8-16 мм из конструктивных требований.

. Толщина стенки определяется по эмпирической формуле

=7+3·1,19 м = 10,57 мм =1,1 см

 h_ст=1500 мм

.  - минимальная толщина из условия прочности стенки на действие поперечной силы

=

где расчетное сопротивление материала сдвигу [1, табл. 1^*] =(0,58·23,5кН/см²)/1,025=13,3кН/см².

Назначаю размеры стенки балки так, чтобы

 119 ≤ h_ст=150

соответствовали сортаменту на прокатную сталь (прил. 1).

Установив размеры стенки балки, определяю толщину и ширину полки.

Толщину полок назначаю из конструктивных требований:

1.  мм

2. .

Ширина полок:

1. Из условия закрепления второстепенных балок

.

. Из условия общей устойчивости балки

≈(1/3)·150 см ≈ 50 см

. Из условия местной устойчивости сжатого пояса

=

Размеры полки соответствуют сортаменту на прокатную сталь.

После подбора сечения провожу проверку прочности принятого сечения по нормальным напряжениям:

,

где  - фактический момент сопротивления главной балки.

=;

 =- фактический момент инерции сечения относительно оси x-x.

=

Сечение подобрано неудовлетворительно, так как запас прочности превышает 5%.

Принимаем , тогда,

Проверка:

Запас прочности не превышает 5%.

3.2 Проверка прочности балки по касательным и приведенным напряжениям

Проверка проводится в наиболее опасных сечениях - в местах изменения сечения и неблагоприятных сочетаний изгибающих моментов и перерезывающих сил.

Наибольшие касательные напряжения возникают в середине стенки, в сечении с максимальной поперечной силой .

,

где  - статический момент полусечения на опоре

=

,

где напряжения вычисляю по формулам:

 =

где  и  - соответственно изгибающий момент и поперечная сила.

 - статический момент отсеченной части сечения

=

.3 Расчет сварных швов, прикрепляющих пояса к стенке

Расчетное усилие, приходящееся на поясной шов длиной  см (или сдвигающая сила пояса относительно стенки):

=

Минимальный катет одностороннего шва из условия среза по металлу шва (1)