мой курсовик по мет конструкциям. Балочная площадка

Название	Балочная площадка
Дата	29.01.2021
Размер	1.38 Mb.
Формат файла
Имя файла	мой курсовик по мет конструкциям.doc
Тип	Курсовой проект #172340

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

____________________

Московский Государственный Строительный Университет

Курсовой проект
по курсу: «Металлические конструкции»

на тему: «Балочная площадка»

Выполнил: студент

группы ПГС уск 4 - 7

Губарев И.Г.
Преподаватель:

Тихомиров Г.М.

Москва 2013г.

Исходные данные

- пролет L = 16,5 м;

- шаг колонн В = l = 5,4 м;

- шаг балок настила а = 2,1 м;

- отметка верха настила (ОВН) Н = 8,6 м;

- нормативная временная нагрузка р^н = 16,5кН/м²;

- толщина железобетонного настила t = 19 см;

- сталь С245; R_у = 240 МПа;

- бетон класса В 15, R_в =8,5 МПа;

- плотность железобетона ρ_в = 2500 кг/м³;

- относительный прогиб балок настила

= 1/150, главных балок

= 1/400.
1. Компоновка балочной клетки

Схема балочной клетки нормального типа: 1- колонна, 2- главные балки,

3- балки настила.

2. Расчет балок настила

Балка выполняется из стали марки С245

Характеристики фасонной стали:

R_у= 230 МПа,

Е_s=2,06·10⁵ МПа.
Расчетная схема балки

Сбор нагрузок на 1 м²перекрытия

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м²	Коэффициент надежности по нагрузке _f	Расчетная нагрузка, кН/м²
Постоянная (g):
Железобетонный настил t=18см=0,18м	0,19*25=4,75	1,1	4,75*1,1=5,2
Вес стальных балок	0,30	1,05	0,315
И т о г о :	g_n = 4,75+0,3=5,05		g =5,2+0,315=5,54
Временная (v):
Полезная нагрузка	V_n = 16,5	1,2	V =16,5*1,2=19,8
В том числе длительная	V_nl = 0,5V_n= 0,516,5=8,25
Полная	g_n + v_n = 21,55		g + v = 5,54+19,8= 25,34
В том числе длительно действующая	g_n + v_nl =13,3

Вычисляем погонные нагрузки на 1 м длины балки с учетом коэффициента надежности по назначению здания _n = 0,95:

– для расчета по предельным состояниям I группы – расчетное значение полной нагрузки

q = (g + V)а∙_n = 25,34*2,1*0,95=50,55 кН/м;

– для расчета по предельным состояниям II группы – нормативное значение полной нагрузки:

q_n = (g_n + V_n) а _n = 21,55*2,1*0,95=42,99 кН/м;

Определяются изгибающие моменты и поперечные силы в сечениях плиты, как в шарнирно опертой балке:

кН·м;

кН;

Поскольку балка несет статическую нагрузку и закреплена от потери общей устойчивости путем непосредственного опирания на нее железобетонного настила, расчет ведут с учетом развития пластических деформаций.

Определим требуемый момент сопротивления балки:

см³;

где с₁ = 1,12.

Далее по сортаменту подбираем прокатный двутавр № 40Б1:

W_x= 803,6 см³> W_тр= 715 см³; J_x= 15750 см⁴

Проверка нормальных напряжений

= 240 МПа;

Проверка жесткости балки
Вычисляем прогиб балки по формуле:

см.

Проверяем f = 1,46 = l₀/250 = 540/250=2,16

3. Расчет стальной балки покрытия

Балка выполняется из стали марки С245 при толщине листа от 2 до 20 мм.

Характеристики стали:

R_у_n= 245 МПа,

R_у= 240 МПа,

R_s= 140 МПа,

R_p= 360 МПа,

Е_s=2,06·10⁵ МПа.

Поперечное сечение балки Поперечное сечение балки

с ребрами жесткости
Р

асчетная схема балки

Нагрузки и усилия в балке

Собственную массу балки принимают в размере 2% от общей нагрузки. Таким образом, суммарная нормативная и расчетная погонные нагрузки на балку составят:

Расчетная схема балки представляет собой шарнирно опертый стержень, загруженный равномерно распределенной нагрузкой.

Расчетный пролет балки принимаем равным заданному пролету в осях

l₀ = L = 16,5 м

Максимальный изгибающий момент от расчетной нагрузки равен

М = q(l₀)²/8 = 132,59*16,5²/8 = 4512,2 кН·м,

максимальная поперечная сила

Q = ql₀/2 = 132,59*16,5/2 = 1093,86 кН.

Предварительный подбор поперечного сечения балки

Определение требуемого момента сопротивления
поперечного сечения балки

Поскольку балка несет статическую нагрузку и закреплена от потери общей устойчивости путем непосредственного опирания на нее железобетонных плит покрытия, расчет ведут с учетом развития пластических деформаций. Определим требуемый момент сопротивления балки:

см³;

где с₁ = 1,1.

Определение высоты балки

Высоту балки принимаем близкой к h_opt, определенной из экономических соображений, и не менее h_min, установленной из условия допустимого прогиба балки [f_u/l] = 1/400.

см

где k = 1,25 для балки постоянного сечения;

Высота стенки балки составляет примерно 95 % от общей высоты балки (h_W = 0,95h). При подборе сечения высоту стенки следует согласовать с размерами ширины листов по сортаменту.

Принимаем h_w = 142 cм,

соответственно h = h_w/0,95 = 142/0,95 = 149,47 см.

Определение толщины стенки балки

мм

Принятая толщина стенки также должна быть согласована с размерами прокатной стали по сортаменту .

Принимаем t_w = 12 мм = 1,2 см

Определение размеров горизонтальных полок балки

Площадь сечения поясного листа определяют исходя из требуемого момента инерции сечения балки

;

,

где площадь поперечного сечения одной полки A_f = b_f ∙t_f.

Назначаем ширину толщину поясного листа b_f = 32 см.

Тогда толщина поясного листа составит

t_f = A_f / b_f = 92,89 / 28 = 3,1 см

Принимаем в соответствии с сортаментом t_f = 3,2 см.

Проверка по первому и второму предельным состояниям
скомпонованного сечения балки

Вычисление фактических геометрических характеристик балки

Площадь поперечного сечения.

= 142*1,2+2*32*3,2= 375,2 см².

Момент инерции сечения

см⁴.

Статический момент площади половины сечения относительно нейтральной оси

см³.

Момент сопротивления

см³.

Проверка нормальных и касательных напряжений

=230 МПа;

= 133 МПа.

Проверка жесткости балки

Вычисляем прогиб балки по формуле:

см.

Проверяем f = 3,08 = l₀/400 = 1650/400 = 4,125

Сечение считается подобранным правильно, если оно удовлетворяет условиям прочности и жесткости, а запас прочности не превышает 5%:

.

Если условие не выполняется, то необходимо скорректировать сечение.

Проверка общей и местной устойчивости балки и ее элементов

Поскольку на балку опирается жесткий железобетонный настил, прикрепленный к ее сжатому поясу, общую устойчивость балки можно считать обеспеченной.

Местная устойчивость сжатого пояса будет обеспечена, если

где

.

Устойчивость стенки вблизи опоры под действием касательных напряжений будет обеспечена при соблюдении условия:

Если условие не соблюдается, то стенка должна быть укреплена парными поперечными ребрами жесткости

Расстояние между ребрами не должно превышать 2h_w=2*142=284

300 см

Принимаем С=, что соответствует четному количеству ребер – 4 шт.

Ширина ребра

мм ,

с = 60 мм, d = 40 мм.

Толщина ребер принимается не менее

t >

мм.

Приваривают ребра к стенке сплошными двухсторонними или односторонними швами толщиной k_f = 4...5 мм.

Устойчивость стенки при действии нормальных напряжений будет обеспечена, если ее толщина превышает величину, полученную по формуле

см=8,8 мм

Расчет соединений элементов балки

Поясные сварные швы выполняют полуавтоматической сваркой с использованием проволоки Св-0,8 А.

Расчет ведется по металлу шва, соответственно характеристики шва составят: _f = 0,9, R__f = 180 МПа, _ = 1,0, _c = 1,0 – соответственно коэффициент глубины проплавления, расчетное сопротивление шва, коэффициент условий работы шва.

Вычислим предварительно статический момент пояса относительно нейтральной оси

см³.

Требуемая толщина сварных швов определяется из условия

, =

см.

Принимаем высоту шва 5 мм.

Расчет опорной диафрагмы

Размеры опорных диафрагм устанавливают из расчета на смятие их торцов

;

где V – опорная реакция балки, равная Q = 1093,86 кН;

A_p, t_d, b_d – соответственно площадь, толщина и ширина диафрагмы.

Зададимся шириной диафрагмы, равной ширине поясного листа

b_d = 32 см.

Тогда толщина диафрагмы составит:

см;

= 32*0,94 = 30,4 см²;

Нижний край диафрагмы может быть выпущен не более, чем на
1,5∙t_d = 1,41 см.

Расчет сварного шва, прикрепляющего ребро к стенке.

Проверку прочности сварных швов проводят по металлу шва и по зоне сплавления:

- по металлу шва:

- по зоне сплавления:

где β_z=1,0, β_f=0,80 для полуавтоматической сварки;

R_wf= 180 МПа;

R_wz=165 МПа.

Определяем наиболее опасную плоскость сдвига:

Плоскость сдвига по металлу шва более опасна и по ней проводим расчет.

При

получаем:

см

Принимаем полуавтоматическую сварку с катетом шва k_f= 0,9см = 9 мм.

Изменение сечения составной сварной балки.

Сечение балки при равномерно распределенной нагрузке выгодно изменить на расстояние х:

Изменение сечения балки проводим за счет уменьшения ширины пояса:

– ширина пояса у опоры.

Проверка максимальных касательных напряжений на опоре:

Статический момент половины сечения балки:

Момент инерции уменьшенного сечения балки:

Прочность балки на опоре обеспечена.

4. Конструирование и расчет стержня сплошной центрально сжатой колонны:

Геометрическая длинна колонны l:

t_н= 19 см – толщина настила;

h_б.н.= 39,2 см – высота балки настила;

c= 50см – заглубление колонны.

l₀ – расчетная длина:

Продольная сила в колонне: N= 2∙Q max = 2187,72 кН

Требуемая площадь сечения колонны:

Задаемся φ₀=0,7:

Конструируем сечение.

Принимаем конструктивно минимальную толщину стенки t_w= 10 мм, а минимальную высоту стенки h_w= 600 мм, тогда площадь стенки равна:

требуемая площадь 2 поясов:

А = А треб – Аw = 130,22-32=98,22

Ширина пояса:

.

Принимаем b_f= 370 мм=37см

Требуемая толщина пояса:

Принимаем t_f= 14мм.

Проверка подобранного сечения:

Фактическая площадь:

Момент инерции относительно оси Y:

Радиус инерции:

см

Гибкость относительно оси Y:

По таблице определяем коэффициент φ =0,627

Проверяем нормальные напряжения

;

МПа

Проверка местной устойчивости стенки.

– условная гибкость стержня:

Местная устойчивость обеспечена.

Проверка местной устойчивости пояса.

Местная устойчивость пояса обеспечена, т.к.

Конструирование и расчёт оголовка колонны

Требуемая длинна сварных швов:

k_f= 1,0 см

R_wf= 180 МПа

Принимаем b_ст= 50-5=45 см.

Принимаем h_ст = 50 см.

Конструирование и расчет базы колонны

Материал базы сталь С245

с расчетным сопротивлением R_y=230 МПа при t > 20 мм.

Бетон фундамента В15, R_b=8,5 МПа

Нагрузка на базу N= 2187,72 кН