Материал: Расчет и конструирование основных несущих конструкций стальной балочной площадки

Расчет и конструирование основных несущих конструкций стальной балочной площадки

Министерство образования и науки

ФГАОУ ВПО "Уральский Федеральный Университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"

Кафедра строительных конструкций

Пояснительная записка к курсовому проекту

по курсу "Металлические конструкции"

Расчёт и конструирование основных несущих конструкций стальной балочной площадки

Содержание

1. Исходные данные

2. Компоновка балочной клетки

3. Расчет балки настила

3.1 Расчетная схема балки

3.2 Определение погонной нагрузки на балку настила

3.3 Определение максимальных внутренних усилий

3.4 Предварительный подбор сечения балки

3.5 Проверки подобранного сечения

3.5.1 Проверки по предельным состояниям I группы

3.5.2 Проверки по предельным состояниям II группы

4. Расчет главной балки

4.1 Составление расчетной схемы

4.2 Определение погонной нагрузки

4.3 Подбор и компоновка сечения главной балки

4.4 Проверки подобранного сечения главной балки

4.4.1 Проверки по I группе предельных состояний

5. Расчет колонны сплошного сечения

5.1 Составление расчётной схемы

5.2 Определение расчетных длин

5.3 Определение нагрузки, действующей на колонну

5.4 Предварительный подбор и компоновка сечения

5.5 Проверки подобранного сечения

6. Расчёт узлов

6.1 Опорный узел главной балки

6.2 Монтажный узел

6.3 Узел сопряжения главной балки и балки настила

6.4 База колонны

7. Расчёт траверсы

1. Исходные данные

1.   Конструкции пола и настила: керамическая плитка толщиной 30мм по цементной стяжке толщиной 20 мм, настил Железобетонный

2.       Конструкции покрытия: кровельные сэндвич панели с толщиной утеплителя 90 мм

.        Полезная нормативная нагрузка на перекрытие этажа pн = 19,5 кН/м²

.        Высота этажей H₁ = 8,2м, H₂ = 10,0м.

.        Пролёты L = 13,5м, l = 4м.

.        Материал конструкции сталь С 255

.        Коэффициент надежности по полезной нагрузке γf2 = 1,25

.        Район строительства - Москва.

Заводские соединения - сварные. Монтажные соединения - сварные, болтовые.

2. Компоновка балочной клетки

Учитывая пролет главной балки (L=13,5м) и тип настила (Железобетонный) примем шаг балок настила а=1.5 м. При этом количество шагов получается нечетное. Так как в середине главной балки необходимо организовать монтажный стык.

3. Расчет балки настила

.1 Расчетная схема балки

Расчетная схема балки и эпюры внутренних усилий.- расчетная полезная нормативная нагрузка.

Расчетная схема и эпюры внутренних усилий

.2 Определение погонной нагрузки на балку настила

Определение постоянной нагрузки

Погонная нормативная нагрузка:

Где γⁿ - коэффициент надежности по назначению, для зданий и сооружений второго уровня ответственности γⁿ=1.

Расчетной

.3 Определение максимальных внутренних усилий

Максимальный изгибающий момент:

расчетный:

Нормативный

Максимальная поперечная сила (расчетная):

3.4 Предварительный подбор сечения балки

Сечение балки настила подбираем прокатное. Предварительный подбор сечения производим из условия прочности при условии работы материала балки в упругой зоне:

где γc = 1.0 коэффициент условий работы для прокатных балок.

Ry = 240 МПА - - расчетное сопротивление стали по пределу текучести для С 255, отсюда определяем требуемый момент сопротивления:

по сортаменту подбираем двутавр 27 со следующими геометрическими характеристиками:= 371 см³,= 5010 см⁴,= 210 см³,= 6,0 мм = 0.6 см

.5 Проверки подобранного сечения

.5.1 Проверки по предельным состояниям I группы

Проверка максимальных нормальных напряжений:

Условие прочности:

прочность сечения по нормальным напряжениям обеспечена.

Недонапряжения составляют

Условие экономии материала выполняется.

Проверка максимальных касательных напряжений.

Условие прочности:

где

Прочность сечения по касательным напряжениям обеспечена.

Проверка общей устойчивости общая устойчивость балки настила обеспечена, так как верхний сжатый пояс балки непрерывно раскреплен настилом.

Проверка местной устойчивости элементов балки местная устойчивость полки и стенки балки настила обеспечивается сортаментом.

.5.2 Проверки по предельным состояниям II группы

Проверка максимального прогиба

Определяем фактический относительный прогиб балки:

Сравниваем фактический относительный прогиб балки с предельно допустимым относительным прогибом:

Фактический относительный прогиб не превышает предельно допустимого, следовательно, жесткость балки настила обеспечена.

4. Расчет главной балки

.1 Составление расчетной схемы

Так как на балку действует более 5 сосредоточенных сил (9 балок настила), то нагрузку на главную балку считаем равномерно распределенной.

Расчетная схема и эпюры внутренних усилий

.2 Определение погонной нагрузки

Определение нормативной нагрузки.

где B - шаг главных балок, равный пролету балок настила.

Определение расчетной нагрузки.

Определение усилий, возникающих в балке.

Максимальный расчетный изгибающий момент.

Где α - коэффициент, учитывающий собственный вес главной балки, принимаем α = 1,04

Максимальный нормативный изгибающий момент.

Максимальная поперечная сила.

.3 Подбор и компоновка сечения главной балки

Материал балки работает в упругой зоне, тогда из условия прочности определяем требуемый момент сопротивления:

где Ry = 230 МПа - расчетное сопротивление стали С 255 по пределу текучести

При толщине стального проката > 20 мм Ry=230 МПа

γc = 1.0 - коэффициент условий работы.

Определение высоты балки.

Оптимальная высота балки - это такая высота балки, при которой масса балки минимальна.

где k = 1.15 - для сварных балок, tw предварительно принимается по формуле

Тогда принимает

где примем

Минимальная высота балки - это такая высота, при которой прогиб балки максимально возможный, то есть равный допустимому прогибу.

Принимаем 1 м

Принимаем высоту балки больше минимальной и приблизительно равную оптимальной: h = 125 см.

Сечение главной балки

Компоновка поясов балки.

Назначаем толщину пояса tf = 30 мм

Определяем величины hf, hw:

hf = h - tf = 1000 - 30 = 970 мм

hw = h - 2tf = 1000 - 2 * 30 = 940 мм

Определяем ширину полок:

Принимаем bf =38см

Из конструктивных сообрежений принимаем bf=38 см

Проверяем соответствие принятых размеров сечения конструктивным требованиям:

Принимаем из конструктивных соображений bf = 40 см

Размеры сечения удовлетворяют конструктивным требованиям.

Определяем фактические геометрические характеристики сечения

Изменение сечения балки по длине Изменение сечения балки производим на расстоянии х от опоры, которое составляет 1/6 пролета балки:

Определяем изгибающий момент М 1 и поперечную силу Q1 в месте изменения сечения:

 и при  получим

и при  получим

ОпределяемWʹx,тp - требуемый момент сопротивления уменьшенного сечения из условия прочности на изгиб.

Определяем ширину пояса уменьшенного сечения:

по конструктивным соображениям принимаем bʹf = 19 см. Проверяем соответствие принятых размеров уменьшенного сечения конструктивным требованиям:

b’f = 190 мм

Размеры уменьшенного сечения удовлетворяют конструктивным требованиям.

Определяем фактические геометрические характеристики уменьшенного сечения