КР-ст.раб.площ. рев.0. Балочная конструкция рабочей площадки

• Название: Балочная конструкция рабочей площадки
• Дата: 21.02.2023
• Размер: 0.88 Mb.
• Имя файла: КР-ст.раб.площ. рев.0.docx
• Тип: Курсовая; #948345

МИНЕСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

*************** «*****************************************»


Кафедра строительства, энергетики и транспорта

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Металлические конструкции»

На тему: «Балочная конструкция рабочей площадки»

Выполнил: студент группы*********

***********

Проверил: *************


2023 год

Содержание

Введение 3

Исходные данные 4

1.Компоновка балочной клетки 5

1.1. Расчёт стального настила 5

2.1. Компоновка и подбор сечения балки 9

2.2. Проверка общей устойчивости составных балок 13

2.3. Проверка местной устойчивости элементов сечения главной балки 13

2.4. Конструирование и расчёт опорной части главной балки 14

2.5. Расчёт соединения поясов главной балки со стенкой 15

2.6. Расчёт прикрепления балки настила к главной балке 16

3. Конструирование и расчёт центрально-сжатой колонны 17

В соответствии с заданием проектируем колонну сквозного сечения, закрепленную снизу - жестко заделанным. 17

3.1. Подбор сечения стержня колонны 18

3.2. Расчёт оголовка колонны 21

3.3. Расчёт базы колонны 23

Введение

Балочная клетка представляет собой систему пересекающихся несущих балок, предназначенных для опирания настила перекрытий. В зависимости от схемы расположения балок балочные клетки делят на три типа: упрощенные, нормальные и усложненные.

В упрощенной балочной клетке нагрузка от настила передается непосредственной на балки, располагаемые обычно параллельно короткой стороне перекрытия, затем на вертикальные несущие конструкции (стены, стойки и др.). Такой вариант балочной клетки используется обычно в гражданских бескаркасных зданиях, где небольшие нагрузки и небольшие пролеты.

В промышленных здания обычно используют нормальную и усложненную компоновку балочных клеток. Здесь настил опирается на балки настила, которые опираются на главные балки (нормальный вариант балочной клетки) или на вспомогательные балки, а последние - на главные балки (усложненный вариант балочной клети).

На основании исходных данных в курсовом проекте необходимо запроектировать балочную клетку, состоящую из элементов настила, балок настила, главных балок и металлических колонн, передающих нагрузку на фундамент.

Исходные данные

Запроектировать отдельно стоящую стальную рабочую площадку в производственном здании по следующим данным:

1. 
   Тип балочной клетки рабочей площадки – нормальный;
   
2. 
   Шаг колонн вдоль здания – 12 м;
   
3. 
   Шаг колонн поперек здания – 7 м;
   
4. 
   Шаг балок настила в рабочей площадке – 1 м;
   
5. 
   Толщина настила из листового металла – 6 мм;
   
6. 
   Возвышение верха площадки над полом – 10,7 м;
   
7. 
   Минимальный габарит помещения в свету под перекрытием – 9 м;
   
8. 
   Тип сопряжения балок в балочной клетке – в одном уровне с высотой балочной клетки;
   
9. 
   Балки настила – прокатный сортамент;
   
10. 
    Главная балка – сварная;
    
11. 
    Колонна – сварная сквозного сечения ;
    
12. 
    Нормативная интенсивность – 8 кН/м²;
    
13. 
    Коэффициент надежности по временной нагрузке – 1.2;
    
14. 
    Коэффициент надежности по постоянной нагрузке – 1.05;
    
15. 
    Коэффициент условий работы – 1;
    
16. 
    Заводские соединения выполняются на сварке;
    
17. 
    Монтажные соединения на болтах нормальной точности и на высокопрочных болтах;
    

1. Компоновка балочной клетки

Принимаем нормальный тип балочной клетки LxB = 12 x 7м. Главные балки располагаем в продольном направлении, перекрывая, таким образом, больший пролет L=12 м (рис.1)с шагом 7м.

Балки настила располагаем в поперечном направлении с шагом .



Рис.1 Компоновка ячейки балочной клетки:

1. 
   – главная балка; 2 – балка настила
   

1. . Расчёт стального настила

Рис.2 Конструктивная и расчетная схемы настила


Толщина настила составляет по заданию t_н = 6 мм.

1.2. Расчёт балок настила

Выполним предварительный подбор сечения балки без учёта её собственного веса с применением стали ВСт3пс6-1 с кН/см². Нормативная и расчётная погонная нагрузки на балку настила:



кН/м

где, =0,03 - нормативный погонный вес балки настила (3% от ^q_n1) кH  м;

^q_n1= 8 кН/м² – временная распределенная нагрузка на балку;

q_n2  _st_н 78,5  0,006 0,47 кH/м² – нагрузка от собственного веса настила, здесь, _s 78,5 кH/м³ – объёмный вес стали; t_н 6 мм – толщина настила;

^_f1 = 1,05^{, }_f2 = 1,2 – коэффициенты надёжности по нагрузке от собственного веса стальных конструкций (постоянная) и временной нагрузки;

а = 1 м – ширина грузовой площади (рис. 3).


Рис.3 К расчету балки настила: 1 – главная балка; 2 – балка настила;

3 – настил

Величина максимального изгибающего момента, действующего в середине пролета рассматриваемой балки, определяется как:

кН⋅м;

где, В = 7 м – пролет балки настила;

Максимальное перерезывающее усилие действует на опорах:

кН

Требуемый момент сопротивления определяем с учётом развития пластических деформаций, предварительно назначив с₁ = 1 по формуле:

см³

где = 1 – коэффициент условий работы конструкции;

R_y = 24 кН/см² – расчетное сопротивление стали при изгибе по пределу текучести.

Назначаем двутавр № 27 по ГОСТ 8239–89 с характеристиками сечения:

=371 см³; =5010 см⁴; =163 см³; ;

; ; кг/м.

Нагрузка от собственного веса балки составит:

= 0,315 кН/м

Её доля по отношению к общей нагрузке на балку составляет:



В связи с чем уточнение нагрузки не требуется. Проверку прочности балки выполняем по формулам:





где, = 14 кH/см² – расчётное сопротивление стали срезу; с₁ = 1 – коэффициент, учета пластических деформаций.

Прочность балки обеспечена.

Проверка относительного прогиба балки настила:

м

где, кН/см² – модуль упругости стали;

= 5010 см⁴ – момент инерции.
Жёсткость балки обеспечена.

Общая устойчивость балки обеспечена настилом, опирающимся на её сжатый пояс и жёстко с ним соединённым.

Настил привариваем к балкам настила автоматической сваркой под слоем флюса. Для автоматической сварки с учётом стали и климатического района строительства можно использовать сварочную проволоку Св-08А.2.

2. 
   Конструирование и расчёт главной балки
   

Рис.4 Расчетная схема главной балки
Нормативная и расчётная погонные нагрузки на главную балку:

кН/м

кН/м

где,

= 8,71 кН/м – нормативная распределенная нагрузка на балку настила;

= 10,35 кН/м – расчетная распределенная нагрузка на балку настила;

0,01 ^q_n В- нормативный погонный вес главной балки (1% от ^q_n) кH  м;

В = 7м – пролет балки настила;

^q_n= 8 кН/м² – нормативная интенсивность временной распределенной нагрузки на балку;

^_f1 = 1,05 – коэффициенты надёжности по нагрузке от собственного веса стальных конструкций (постоянная);

Расчётные усилия:

Максимальный расчетный изгибающий момент в середине балки:

кН⋅м

Максимальное перерезывающее усилие действует на опорах:

кН

2.1. Компоновка и подбор сечения балки

Главную балку изготавливаем сварной, состоящей из трех листов: стенки, верхнего и нижнего поясов. Требуемый момент сопротивления определяем с учётом развития пластических деформаций по формуле, предварительно назначив с₁ = 1,1:

см³

где, = 1 – коэффициент условий работы конструкции;

R_y = 28 кН/см² – расчетное сопротивление стали при изгибе по пределу текучести.

Ориентировочно назначаем толщину стенки 8 мм. Оптимальную высоту балки определим по формуле:

см

Минимальную высоту балки определим по формуле:

78,56 см

где, = 1/400 – предельный допустимый прогиб главной балки.

Высота балки должна быть больше минимальной, достаточно близкой к оптимальной, кратной модулю унификации по вертикали – 100 мм и не более строительной высоты перекрытия

h_б < h - h_о = 10,7 – 9 = 1,7 м.

где, h = 10,7 м – возвышение верха площадки над полом, м;

h_о = 9 – минимальный габарит помещения в свету под перекрытием, м

Принимаем h = 840 мм.

Минимальную толщину стенки из условия её работы на срез определим по формуле:

4,34 мм

где, = 18 кH/см².

Для того чтобы не укреплять стенку продольным ребром, толщина стенки должна быть больше минимальной, определённой по формуле:

см = 5,3 мм

где, см – высота стенки при толщине полок балки – = 2,0 см.

Окончательно принимаем =8 мм. Требуемую площадь сечения пояса определим по формуле:

см⁴

см⁴

см⁴

см²

где, см – расстояние между центрами тяжести поясных листов.

Определим требования, предъявляемые к размерам поясов. Ширина поясов должна быть в пределах:



Толщина пояса должна быть в пределах:



Принимаем сечение пояса из листа 20×260 мм:

см²

Проверим выполнение требований местной устойчивости сжатого пояса:



и меньше:



где, см

Местная устойчивость пояса обеспечена.

Определим геометрические характеристики сечения главной балки.

Момент инерции сечения:

cм⁴;

момент сопротивления сечения:

см³

cм²

Определим нагрузку от собственного веса балки:

кН/м²

Уточним полную фактическую нагрузку и расчётные усилия:

кН/м²

кН/м²

Расчётные усилия:

кН⋅м

Максимальное перерезывающее усилие действует на опорах:

кН

Проверим прочность сечения главной балки:

кН/см²

Прочность балки обеспечена.

Проверка относительного прогиба балки:

м

Условие жесткости не выполняется.

Увеличиваем площадь сечения, принимаем: ; ; =300 мм; – рис.5:



Рис.5 Сечение главной балки

Момент инерции сечения:

cм⁴; cм²;

кН/м²;

кН/м²;

кН – расчетная поперечная сила в опорном сечении;

м

Условие жесткости выполнено.

2.2. Проверка общей устойчивости составных балок

В данной курсовой работе в соответствии с заданием сопряжение балок на одном уровне. При таком сопряжении передача нагрузки на главные балки происходит не только через балки настила, но и непосредственно через настил, непрерывно опирающийся на верхний сжатый пояс главной балки и удерживающий балку от потери устойчивости. Таким образом, проверки общей устойчивости балки не требуется, что соответствует требованиям норм.

2.3. Проверка местной устойчивости элементов сечения главной балки

Местная устойчивость стенки обеспечивается при компоновке поперечного сечения главной балки ребрами жесткости в опорных сечениях и местах крепления балок настила:

Так как условная гибкость стенки балки:



то рёбра жесткости располагаем с шагом не более = 2,5 ⋅ 86 = 215 см. Принимаем шаг ребер 1,0 м.

Для укрепления стенки применяем двухсторонние поперечные рёбра из полосовой стали по ГОСТ 103–76*. Ширина ребра:

мм

Принимаем мм.

Толщина ребра:

мм

Парные рёбра принимаем из полос 6×70 мм. Определим момент инерции парного ребра:

cм⁴

2.4. Конструирование и расчёт опорной части главной балки

Конструкция опорной части и опирание приняты по рис. 9. Опорная реакция главной балки:

кН

Примем мм



Рис. 6 Расчётное сечение условной опорной стойки

cм²

где, = 45 кH/см. Принимаем ребро сечением 16×180 мм.

мм

мм

≤ 1,5 мм

cм²

см

Проверяем устойчивость опорной части балки:

см²



см⁴

см







где = 0,988 – коэф. продольного изгиба. Устойчивость ребра обеспечена.

Торцевое ребро привариваем сплошными швами =8 мм к стенке ручной сваркой электродами Э42.

2.5. Расчёт соединения поясов главной балки со стенкой

Так как подбор сечения балки выполнен с учётом ограниченного развития пластических деформаций, поясные швы выполняем двусторонними, автоматической сваркой в лодочку, сварочной проволокой Св-08А. Сдвигающее усилие на 1 см длины балки:



где, cм³ – cтатический момент сечения пояса относительно нейтральной оси; кН; кН/м²

Предварительно определим сечение, по которому необходимо рассчитывать угловой шов на срез:

МПа

МПа

где, и - коэффициенты глубины проплавления.

=180 МПа – расчетное сопротивление углового шва по металлу шва; = 0,45 = 0,45·460=207 МПа; здесь =460 Н/мм²

Расчет ведем по металлу шва:

см

Принимаем =7 мм. Проверим выполнение конструктивных требований к сварным швам.

мм ≤ =7 мм ≤ мм.

2.6. Расчёт прикрепления балки настила к главной балке

Балки настила крепим в одном уровне к главным балкам на болтах к поперечным рёбрам, совмещаемым с рёбрами жёсткости стенки балки (рис. 7). Сечение рёбер принимаем 6×70 мм. Для установки балки настила верхний пояс балки и часть нижнего срезаем. Принимаем высокопрочные болты диаметром 16 мм класса прочности 8.8. Предварительно определим требуемое количество болтов по формуле:

n / N_b = 36,23/1 58 = 0,62

где, – расчетное усилие на прикрепление, равное поперечной силе



Рис. 7 Сопряжение главной балки с балкой настила
в опорном сечении балки настила;

Принимаем n = 3 шт. Отверстия под болты выполняем диаметром 18 мм. Размещаем болты по длине уголка, выполняя конструктивные требования, предъявляемые к болтовым соединениям.

3. Конструирование и расчёт центрально-сжатой колонны

В соответствии с заданием проектируем колонну сквозного сечения, закрепленную снизу - жестко заделанным.

Нагрузка от вышележащих конструкций:

кН

где, – поперечная сила в опорном сечении главной балки


рис.8. Расчётная схема колонны

Конструктивная высота перекрытия:

м

Отметка верха настила – = +10,7 м.

м

= м

= м

где = 500 мм – размер колонны ниже отметки пола.

3.1. Подбор сечения стержня колонны

Для расчета сечения колонны предварительно применяем сталь ВСт3пс6-1 с кН/см². Задаёмся гибкостью колонны λ = 50 ( N < 2000 кH ):



Находим = 0,872 – коэф. продольного изгиба. Требуемую площадь сечения колонны определяем по формуле:

см²

см² – площадь одной ветви колонны

По сортаменту принимаем сечение ветвей из швеллеров № 22 ГОСТ 8240–93 с см²; мм; мм; мм; мм; см; см; см; см⁴; см⁴;

Площадь сечения колонны см²;

Определим гибкость колонны и проверим её устойчивость относительно материальной оси (ось x-x) по формуле:





≥ 1

Устойчивость колонны не обеспечена. Перенапряжение сечения колонны составляет 28%. Увеличим сечение колонны. По сортаменту принимаем сечение ветвей из швеллеров № 22 ГОСТ 8240–93 с см²; мм; мм; мм; мм; см; см; см; см⁴; см⁴; кН/см².

Площадь сечения колонны см²;





≤ 1;

Устойчивость колонны обеспечена. Окончательно принимаем сечение колонны из двух швеллеров №22.

Соединение ветвей осуществляем на планках. Зададимся гибкостью ветви . Необходимо иметь в виду, что , в противном случае возможна потеря несущей способности ветви ранее потери устойчивости колонны в целом.


Рис.9 Сечение сквозной колонны

Определим расстояние между ветвями:



см

cм

где, – коэффициент, принимаемый для сквозного сечения колонны с ветвями из швеллеров.

Принимаем b = 28 см. Проверим наличие зазора между внутренними гранями ветвей:

280 − 2 ⋅82 =116 >100 мм;

Определим расстояние между планками:

см

Принимаем 130 см. Высоту планки d_пл назначим в пределах (0,5…0,75)b = 14,0…21,0 см. Принимаем d_пл = 18 см, тогда расстояние между осями планок:

cм

Условную поперечную силу определим по формуле:



Поперечную силу и изгибающий момент в планке определим по формулам:

кН

где,

кН м

Принимаем толщину планки = 6 мм. Проверим прочность планки на изгиб:




Рис.10 Расположение планок сквозной колонны
Планки привариваем электродами типа Э42 к ветвям колонны угловыми швами с расчётным сопротивлением металла шва кН/см², катетом сварного шва равным толщине планки мм.

3.2. Расчёт оголовка колонны

Ширина торцевого ребра балки, через которое передаётся нагрузка, = 180. Конструктивное решение оголовка дано на рис. 11.

Строганную опорную плиту толщиной = 20 мм привариваем к фрезерованному торцу стержня колонны угловыми швами с катетом = 8 мм. Размеры плиты в плане 240×300 мм. Ширина опорной диафрагмы оголовка равна расстоянию между внутренними гранями стенок двутавров = 280-2·5,4 = 269,2 мм. С учётом зазоров, необходимых для установки диафрагмы (1…2 мм), принимаем b_d = 266 мм.

Опорную диафрагму и плиту проектируем из стали ВСт3пс6-1 с 35 кH/см².



Рис.11 Оголовок сквозной колонны

Расчётная длина сминаемой поверхности диафрагмы равна:

см

Минимальную толщину диафрагмы определяем по формуле:

см

Принимаем диафрагму сечением 18×266 мм:

мм ≥ мм

Для сварки используем электроды типа Э42 с катетом сварного шва .

Определим высоту диафрагмы по формуле:

см

Принимаем см. Проверим ограничения по длине фланговых швов:

cм

3.3. Расчёт базы колонны

Сопряжение колонны с фундаментом принято жестко защемленным. Материал фундамента – бетон класса В15. Материал базы – сталь ВСт3пс6-1.

Расчётная нагрузка на базу колонны с учётом её собственного веса:

кН

Для бетона В15 кН/см², примем и определим требуемую площадь плиты базы по формуле:

см²

кН/см²

Принимаем базу с траверсами из листов толщиной мм. Определяем ширину и длину плиты


Рис.12 База сквозной колонны

мм

см

С учётом размещения проушин для анкерных болтов:

см

Окончательно назначаем размеры плиты 320×400 мм с площадью:

см² ≥ = 896 см²

Требуемую толщину плиты определяем по формуле:

см

где, кН/см; кН/см² при толщине проката 21…40 мм; = 1,2.

Принимаем толщину плиты = 22 мм.

Расчёт траверсы.

Определим высоту траверсы по формуле:

см

Принимаем = 200 мм.


Список использованной литературы
1. Металлические конструкции : учебник для вузов / Ю.М. Кудишин, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др. ; под ред. Ю.М. Кудишина. – 12-е изд., стер. – М. : Академия, 2010. – 680 с.

2. Металлические конструкции : учебник для строит. вузов. Т. 1 : Элементы конструкций / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др. ; под ред. В.В. Горева. – М. : Высшая школа, 2004. – 551 с.

3. Стальные балочные клетки : альбом чертежей / сост. : О.В. Умнова, О.В. Евдокимцев. – Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО "ТГТУ", 2011. – 36 с.

4. СП 16.13330.2017. Стальные конструкции Актуализированная редакция СНиП II-23–81*.

5. СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия Актуализированная редакция СНиП 2.01.07–85*.