Металлические конструкции 1_КР. 1 1Компоновка ячейки. 3 2Расчет настила 4

• Название: 1 1Компоновка ячейки. 3 2Расчет настила 4
• Дата: 18.02.2023
• Размер: 2.73 Mb.
• Имя файла: Металлические конструкции 1_КР.docx
• Тип: Реферат; #943762
• страница: 1 из 3

Содержание

Введение 1

1.1.1Компоновка ячейки. 3

1.1.2Расчет настила 4

1.1.3Расчет балок настила 5

1.1.4Технико-экономические показатели 7

1.1.5Компоновка ячейки 7

1.1.6Расчет настила 8

1.1.7Расчет балок настила 8

1.1.8Расчет вспомогательных балок 10

1.1.9Технико-экономические показатели 13

1.1.10Технико-экономическое сравнение вариантов ячеек балочной клетки. 14

1.1.11Местная устойчивость стенки от действия касательных напряжений. 24

1.1.12Местная устойчивость стенки от действия нормальных напряжений. 25

1.1.13Местная устойчивость полки от действия нормальных напряжений. 25

1.1.14Местная устойчивость стенки от совместного действия нормальных, касательных и местных напряжений. 26

Заключение 38

Список литературы 39

Введение

Целью данной курсовой работы является расчет и проектирование рабочей площадки по исходным данным. Рабочие площадки промышленных зданий предназначены для размещения технологического оборудования. Представляют собой системы колонн, на которых покоятся балочные клетки, покрытые настилом.

Проектирование площадок производственных должно учитывать все особенности проектирования: конструктивные элементы должны быть надежными, выдерживать нагрузки от непрерывно выполняющего технологического процесса производственного оборудования, объемно-планировочные решения должны удовлетворять требованиям к пространственному размещению тех или иных объектов (помещений, оборудования, коридоров), инженерные решения площадок должны обеспечивать бесперебойное выполнение технологических процессов, а также комфортное пребывания работающего персонала.

Обеспечение геометрической неизменяемости каркаса, его жесткости и общей устойчивости является важнейшей задачей, решение которой необходимо для безопасной эксплуатации архитектурного сооружения. Эта задача решается в двух направлениях — поперечном и продольном.

Конструктивно основные связи соединяют две рядом стоящие колонны, вместе с ними образуют связевый блок. Связи всегда выполняются из стали (из угловых горячекатаных профилей или из швеллеров). При двухветвевых колоннах связи устраиваются по каждой ветви. Все соединения элементов связей между собой и с колоннами являются шарнирными.

Для закрепления вертикальных элементов - колонн с растоянием между ними до 6 метров применяют распорки. Металлические распорки создают в конструкции поперечные, вертикальные и продольные связи, которые обеспечивают устойчивость конструкции. Осуществляют сжатие других элементов и удерживают их от смещения, одновременное уменьшают по высоте расчетные длины колонн. За счет этого давление с отдельных деталей перераспределяется на все сооружение в целом.

1. Конструирование и расчет элементов и узлов балочной клетки.

1. Выбор оптимального варианта ячейки балочной клетки.

2. Балочная клетка нормального типа (1 вариант).

1. Компоновка ячейки.

Исходные данные:

1. Размеры ячейки в плане: 17х8м.

2. Временная равномерно распределенная по настилу нормативная нагрузка .

3. Материал настила и балок – сталь класса С275.

4. Настил – плоский стальной лист (ГОСТ 19903–2015).

5. Балки настила и вспомогательные балки – прокатные двутавры.

6. Главные балки – составного сечения.

7. Средство перевозки конструкций на монтажную площадку – автотранспорт.

8. Монтажные стыки главных балок в середине пролета.

Главные балки устраиваем в продольном направлении, чтобы перекрыть бóльший пролет L = 17 м(рис. 1).

Примем шаг балок настила а = 0,85м. Отношение L/a = 17/0,85=20– четное число.


Рис. 1 Ячейка балочной клетки нормального типа

Для того, чтобы балка настила не попала на монтажные стыки главных балок, принимаем вариант компоновки со смещением крайних балок настила в ячейке с поперечных разбивочных осей на полшага: a/2=0,42м.

2. Расчет настила

Пролет настила принимаем равным шагу балок а = 0,85 м. Схемы настила (конструктивная и расчетная) см. рис. 2.
1-1


Рис. 2

а) конструктивная схема настила; б) расчетная схема настила

Величина временной нормативной нагрузки, действующей на настил ., находится в пределах 50 кН/м². Прочность настила при данной нагрузке обеспечена [1, п. 2.1], следовательно расчет производим только по жесткости.

Критерием жесткости для изгибаемых элементов является величина предельно допустимого относительного прогиба. Для стального настила [f/a] = 1/120: а = 0,85 м ≤ 1,0 м (СП 20.13330.2016, табл. Д1).

Настил рассчитываем с помощью графиков Лейтеса [1, рис. 2]. Для заданной нагрузки и предельно допустимого прогиба [f/a] = 1/120 определяем отношение пролета настила к его толщине: a/t = 130; тогда минимальная толщина настила определяется, как: t = a/130= 85 см/130= 0,654 см.

Оптимальная толщина листа t = 7,0 мм (ГОСТ 19903-2015, табл.1).

Находим нормативную величину нагрузки от массы настила, распределенной на 1м² площади , умножением объемной плотности стали на толщину листа.

Объмную плотность стали принимаем ³ [1, п. 2.1]

– нормативная нагрузка от настила.

3. Расчет балок настила

Рис. 3

а) конструктивная схема балки настила; б) расчетная схема балки настила; в) эпюра изгибающих моментов; г) эпюра перерезывающих усилий.

Нормативная нагрузка, действующая на балку настила, определяется как:



Расчетная нагрузка (с учетом коэффициентов надежности):



Коэффициент надежности по нагрузке для стального листа γ_g=1,05 (СП 20.13330.2016, табл. 7.1).

Коэффициент надежности временной нагрузки условно принимаем γ_v=1,2.

Определяем величину расчетной погонной нагрузки, действующей на балку настила:

Максимальный изгибающий момент (в середине пролета балки (рис. 3, в), определяется как:

Максимальное перерезывающее усилие в зоне опор:





сx – коэффициент учета развития пластических деформаций, определяемый по (СП 16.13330.2017, табл. Е.1) в зависимости от схемы сечения; для двутавровых балок в курсовой работе принимаем: сx=1,1;

γ_с – коэффициент условий работы по (СП 16.13330.2017, табл. 1), в данном примере γ_с = 1,0;

Определяем с учетом коэффициентов требуемый момент сопротивления:



По ГОСТ Р 57837-2017 примем двутавр I 40. Характеристики двутавра I 40:

- момент сопротивления W_x= 953 см³ > 836,74 см³;

- момент инерции Iх=19062 см⁴;

- статический момент Sх=545 см³;

- толщину стенки s=8,3мм=0,83см;

- линейную плотность =57 кг/м.

Проверка корректности выбора коэффициента β=1. Определим касательные напряжения:



что соответствует условию: τ≤0,5R



Условие τ<0,5Rs выполняется. Коэффициент β=1 принят верно.

Прочность принятой балки по нормальным напряжениям обеспечена, условие выполняется.



определяем для пролета 8м .

Производим проверку:

, что меньше [f / l1] = 1/205.

Балка полностью отвечает предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям.

4. Технико-экономические показатели

Таблица 1

Вариант 1
Элемент	Расход стали (кг/м2)	Кол-во (шт.)
Настил (лист t=7мм)	54,95	-
Балка настила (двутавр I 40)	67,06	20
Всего:	122,01	20

3. Балочная клетка усложненного типа (2 вариант)

5. Компоновка ячейки

Вспомогательные балки размещаются с шагом кратным пролету главных балок l2 = 2,43 м. L/l2 =17/2,43 = 7 – нечетное число. Учитывая нежелательность попадания ВБ на онтажный стык ГБ, принимаем вариант с совмещением крайних вспомогательных балок в ячейке с поперечными осями. Балки настила распологаем вдоль главных балок с шагом а₁ = 1,0 м, кратным пролету вспомогательных балок.



Рис. 4 Ячейка балочной клетки усложненного типа

6. Расчет настила

Рис. 5 а) конструктивная схема настила; б) расчетная схема настила.

Настил рассчитываем с помощью графиков Лейтеса [1, рис. 2]. Для заданной нагрузки и [f/a] = 1/120определяем a₁/t = 130; тогда минимальная толщина настила определяется, как: t = a₁/130= 100 см/130= 0,770 см.

Оптимальная толщина листа t = 8,0 мм (ГОСТ 19903-2015, табл.1).

Объмную плотность стали принимаем ³ [1, п. 2.1]

– нормативная нагрузка от настила.

7. Расчет балок настила

Принимаем этажное сопряжение балок настила и вспомогательных балок.



Рис.6

а) конструктивная схема балки настила; б) расчетная схема балки настила; в) эпюра изгибающих моментов; г) эпюра перерезывающих усилий.

Определяем нормативную нагрузку, приложенную к балке:



Определяем расчетную нагрузку (с учетом коэффициентов надежности): Коэффициент надежности по нагрузке для стального листа γ_g=1,05 (СП 20.13330.2016, табл. 7.1).

Коэффициент надежности временной нагрузки условно принимаем γ_v=1,2.



Вычисляем максимальное значение изгибающего момента:



Вычисляем максимальное значение перерезывающего усилия:





γ_с – коэффициент условий работы по (СП 16.13330.2017, табл. 1), в данном примере γ_с = 1,0;

Определяем с учетом коэффициентов требуемый момент сопротивления:



По ГОСТ Р 57837-2017 примем двутавр I 16. Характеристики двутавра I 16:

- момент сопротивления W_x= 109см³ > 82,76см³;

- момент инерции Iх=873 см⁴;

- статический момент Sх=62,3 см³;

- толщина стенки s=5,0мм=0,50см;

- линейная плотность =15,9 кг/м.

Проверим корректность выбора коэффициента β=1. Определяем касательные напряжения:



Условие τ<0,5Rs выполняется. Коэффициент β=1 принят верно.

Прочность принятой балки по нормальным напряжениям обеспечена, условие выполняется.

Так же обеспечена общая устойчивость балки: нагрузка на нее передается через стальной жесткий лист настила, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно к нему приваренный (СП 16.13330.2017, п. 8.4.4,б) с учетом особенностей, указанных в (СП 16.13330.2017, п.8.4.6).

Проверяем жесткость балки настила. Пролет балки l₂=2,43м. Определяем относительный прогиб и сравниваем его с предельно допустимым значением определяемым по (СП 16.13330.2016, табл. Д1) в соответствии с п.2(а) методом интерполяции определяем для пролета 2,43 м

Выполняем проверку: , что меньше [f / l2] = 1/141.

В итоге, выбираем в качестве балки настила I 16согласно ГОСТ Р 57837-2017, так как он удовлетворяет предъявляемым эксплуатационным требованиям.

8. Расчет вспомогательных балок

Опорами вспомогательных балок служат главные балки (рис. 7, а).

В качестве расчетной схемы выступает шарнирно-опертая однопролетная балка, нагрузка на вспомогательную балку прикладывается в виде сосредоточенной силы в местах опирания балок настила.



Рис. 6

а) конструктивная схема вспомогательной балки; б) схема передачи нагрузки; в) расчетная схема; г) эпюра изгибающих моментов; д) эпюра перерезывающих усилий.

Определяем нормативную нагрузку, приложенную к балке:



Расчетная нагрузка (с учетом коэффициентов надежности):



Максимальное значение изгибающего момента:



Максимальное значение перерезывающего усилия:



Требуемое значение момента сопротивления:

Величины сx=1,1; β=1; Ry = 27 кН/см² принимаем аналогично вышеприведенным расчетам.



По сортаменту ГОСТ Р 57837-2017 принимаем I 60, имеющий W_x= 2560 см³, Iх=76806 см⁴, Sх=1491см³, s=12 мм=1,2 см, =108 кг/м.

Проверка корректности выбора коэффициента β=1. Для этого определяем касательные напряжения:





Условие τ<0,5Rs выполняется. Коэффициент β=1 принят верно.

Прочность двутавра по нормальным напряжениям не проверяем: она обеспечена, так как W_x .



В соответствии с СП 16.13330.2017 (п.8.4.6) устойчивость балок 2-го класса следует считать обеспеченной при выполнении требований СП 16.13330.2017 (п.8.4.4, б) (условная гибкость сжатого пояса не должна превышать ее предельных значений) при условии умножения значений , определяемым по формулам таблицы 11 СП 16.13330.2017 (п.8.4.4, б), на коэффициент δ:



где: - коэффициент, принимаемый согласно таблице Е.1 СП 16.13330.2017 в зависимости от схемы сечения и отношения A_f /Aώ, в курсовой работе принимаем =1,1;

- изгибающий момент в сечении;

Коэффициент принимаем равным , учитывая τ_х<0,5Rs.




Принимаем =1,1, как большую из двух величин. Определяем коэффициент :

В случае приложения нагрузки к верхнему поясу предельное отношение для упругой работы определяется по формуле:



где: b и t – соответственно ширина и толщина сжатого пояса балки;

h – расстояние между осями поясных листов.

Условная гибкость сжатого пояса прокатной или сварной балки:



Расчетная длина равна шагу балок настила, то есть l_ef = a=1,0 м=100 см.

В соответствии с ГОСТ Р 57837-2017 (табл. 1) I 60 имеет b = 19 см, t = 1,78 см. Таким образом, h = 60 – 1,78 = 58,22 см.

Производим проверку устойчивости вспомогательной балки.

Условная гибкость сжатого пояса прокатной или сварной балки

.





Вычисляем предельную условную гибкость, как для балок 1-го класса:



С учётом упруго-пластической работы предельная условная гибкость будет равна 8,18.

Условная гибкость сжатого пояса меньше предельной условной гибкости:

5,42 < 8,18. Из этого следует, что общая устойчивость вспомогательной балки обеспечена.

Производим проверку жесткости балки:

.
Результат меньше предельно допускаемой величины относительного прогиба

вспомогательной балки [f / l₁] = 1/205, исходя из этого жесткость балки обеспечена.

Принятый для вспомогательной балки двутавр удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям прочности, общей устойчивости и жесткости, удовлетворяет требованиям 1-й, и 2-й групп предельных состояний.

9. Технико-экономические показатели

Таблица 2

Вариант 2
Элемент	Расход стали (кг/м2)	Кол-во (шт.)
Настил (лист t=8мм)	62,8	-
Балка настила (двутавр I 16)	15,9	56
Вспомогательная балка (двутавр I 60)	44,45	8
Всего:	123,15	64

Расход стали на 1м² ячейки определяем умножением объемной плотности стали ³ на толщину листа t = 8,0 мм

× t=7850кг/м³×0,008м=62,8кг/м²

Расход стали в кг на балки настила, отнесенный к 1м² ячейки, определяем делением линейной плотности балок на ширину их грузовой полосы:

/a=15,9кг/м/1,0 м=15,9кг/м²

Расход стали в кг на вспомогательные балки, отнесенный к 1м² ячейки:

/l₂=108 кг/м/2,43м=44,45 кг/м²

Количество типоразмеров балок в ячейке - 2шт., то есть 1 шт.БН и 1 шт. ВБ.

10. Технико-экономическое сравнение вариантов ячеек балочной клетки.