- •Министерство образования и науки российской федерации
- •1. Общие указания по содержанию и оформлению курсовой работы
- •2. Выбор сталей для строительных конструкций
- •Назначение стали в конструкциях и сооружениях
- •Нормируемые характеристики для категорий поставки
- •Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе листового, широкополосного универсального и фасонного проката (выборка)
- •Расчетные сопротивления проката смятию торцевой поверхности
- •Материалы для сварки, соответствующие стали
- •Расчетные сопротивления сварных соединений
- •Нормативные и расчетные сопротивления металла швов сварных соединений с угловыми швами
- •3. Расчет и конструирование соединений металлических конструкций
- •3.1. Сварные соединения
- •3.1.1. Виды сварных соединений
- •Виды сварных соединений
- •Допустимая наибольшая разность толщин деталей, свариваемых встык без скоса кромок
- •3.1.2. Классификация сварных швов
- •Минимальные катеты cварных швов
- •Виды стыковых швов в элементах стальных конструкций
- •3.1.3. Расчет стыковых соединений
- •3.1.4. Расчет соединений с угловыми швами
- •Значения коэффициентов f и z
- •Максимальные катеты швов kf,max у скруглений прокатных профилей
- •3.2. Болтовые соединения
- •Высокопрочные гост 22356-77
- •Диаметры отверстий болтов
- •3.2.1. Размещение болтов в соединении
- •Нормы расстановки болтов в болтовых соединениях
- •3.2.2. Срезные соединения на болтах нормальной точности
- •Расчетные сопротивления одноболтовых соединений срезу и растяжению болтов
- •Расчетные сопротивления смятию Rbр элементов, соединяемых болтами
- •Площади сечения болтов
- •Коэффициенты условий работы болтового соединения
- •3.2.3. Фрикционные соединения на высокопрочных болтах
- •Нормативные и расчетные сопротивления высокопрочных болтов из стали 40х по гост р 52643
- •Коэффициенты трения и надежности h
- •4. Расчет и конструирование элементов балочной клетки
- •Вертикальные предельные прогибы fu элементов балочной клетки
- •4.1. Первый вариант балочной клетки
- •4.1.1. Расчет плоского стального настила
- •Рекомендуемая толщина стального настила
- •4.1.2. Расчет балки настила
- •4.2. Второй вариант балочной клетки
- •4.2.1. Расчет балки настила
- •Площадь пояса
- •4.2.2. Расчет вспомогательной балки
- •Нормативная нагрузка на вспомогательную балку
- •Площадь пояса
- •На стенку прокатной балки
- •4.3. Третий вариант балочной клетки
- •4.3.1. Расчет железобетонного настила
- •Толщина железобетонной плиты
- •4.3.2. Расчет балки настила
- •4.4. Четвертый вариант балочной клетки
- •4.4.1. Расчет балки настила
- •4.4.2. Расчет вспомогательной балки
- •4.5. Выбор оптимального варианта балочной клетки
- •Сравнение вариантов балочной клетки (расход на 1 м2 рабочей площадки)
- •5. Расчет главной балки
- •5.1. Определение усилий
- •5.2. Компоновка сечения
- •Напряжений σ и τ по сечению
- •Рекомендуемые соотношения высоты балки и толщины стенки
- •Горячекатаные полосы по гост 103-76*
- •Стальлистовая горячекатаная (выборка из гост 19903-74*)
- •Сталь широкополосная универсальная по гост 82-70*
- •5.3. Проверка прочности балки
- •На стенку сварной балки при поэтажном сопряжении балок
- •5.4. Изменение сечения балки по длине
- •5.5. Проверка общей устойчивости балки
- •5.6. Проверка местной устойчивости элементов балки
- •5.6.1. Проверка местной устойчивости стенки балки
- •Значения коэффициента ссr в зависимости от значения δ
- •5.6.2. Проверка местной устойчивости стенки балки при наличии местных напряжений (σloc 0)
- •Значение коэффициента c1
- •Значение коэффициента c2
- •Значения коэффициента ccr в зависимости от отношения a/hw
- •5.7. Проверка жесткости главной балки
- •5.8. Расчет соединения поясов балки со стенкой
- •5.9. Конструирование и расчет опорной части главной балки
- •Характеристики кривых устойчивости
- •5.10. Проектирование монтажного стыка главной балки
- •5.10.1. Монтажный стык на сварке
- •5.10.2. Монтажный стык на высокопрочных болтах
- •Площади сечения болтов
- •Нормативные и расчетные сопротивления высокопрочных болтов из стали 40х по гост р 52643
- •Расчет стыка пояса.Расчетное усилие в поясе определяется по формуле
- •Коэффициенты стыка стенки балок
- •5.11. Опирания и сопряжения балок
- •6. Расчет колонн
- •6.1. Подбор сечения сплошной колонны
- •Коэффициенты для расчета на устойчивость центрально- и внецентренно сжатых элементов
- •Приближенные значения радиусов инерции IX и iy сечений
- •Поперечными ребрами жесткости
- •6.2. Подбор сечения сквозной колонны
- •6.2.1. Расчет колонны на устойчивость относительно материальной оси
- •6.2.2. Расчет колонны на устойчивость относительно свободной оси y-y
- •6.2.3. Сквозная колонна с безраскосной решеткой (планками)
- •6.2.4. Сквозная колонна с треугольнойрешеткой
- •6.3. Конструирование и расчет оголовков колонн
- •6.3.1. Оголовок сплошной колонны
- •6.3.2. Оголовок сквозной колонны
- •6.4. Расчет и конструирование базы колонны
- •6.4.1. Определение размеров опорной плиты в плане
- •Расчетные сопротивления бетона Rb
- •6.4.2. Определение толщины опорной плиты
- •Коэффициенты 1 для расчета на изгиб плиты, опертой по четырем сторонам
- •Коэффициенты для расчета на изгиб плиты, опертой на три канта
- •6.4.3. Расчет траверсы
- •Заключение
- •Сортаменты
- •Окончание таблицы а.1
- •Сталь горячекатаная, балки двутавровые по гост 8239-89
- •Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок по гост 26020-83
- •Окончание таблицы а.3
- •Уголки стальные горячекатаные равнополочные по гост 8509-93
- •Исходные данные для выполнения курсовой работы
- •Образец титульного листа пояснительной записки
- •Проектирование рабочей площадки
- •Наиболее употребляемые термины и определения
- •Оглавление
- •1. Общие указания по содержанию и оформлению курсовой
- •3. Расчет и конструирование соединений металлических
- •Темников Виктор Георгиевич металлические конструкции, включая сварку проектирование рабочей площадки
- •664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83
4.4. Четвертый вариант балочной клетки
Тип балочной клетки – усложненный (рис. 4.12).
Настил – железобетонный.
Балки настила приняты с шагом а1 = 2 м.
Вспомогательные балки с шагом а2 = 4,5 м.
Рис. 4.12. Четвертый вариант балочной клетки
4.4.1. Расчет балки настила
При использовании в качестве настила железобетонных плит их толщину принимаем tпл = 10 см по табл. 4.4 (в зависимости от расчетного пролета плиты lн = а1 = 2 м и полезной нормативной нагрузки pn = 12,55кН/м2).Нормативная нагрузка от веса железобетонной плиты
gп,н = tпл ρ = 0,1 ∙ 2500 = 250 кг/м2 = 2,5 кН/м2.
Расчетная схема балки настила представлена на рис. 4.13.
Рис. 4.13. Расчетная схема балки настила (4-й вариант)
Пролет балки настила l = a2 = 4,5 м.
Определяем нормативную и расчетную нагрузку.
Нормативная нагрузка на балку принимается равномерно распределенной:
Расчетная нагрузка
где g= 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке для постоянной нагрузки от железобетонных плит.
Расчетный изгибающий момент
Максимальная поперечная сила
Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки при работе с учетом упругопластических деформаций
Wn,min = Mmax/(cxβRyγc) = 9016 / (1,12 · 1 · 24 · 1) = 335, 4 см3,
По сортаменту выбираем ближайший номер двутавра, у которого Wx >Wn,min. ПринимаемI27, имеющий момент сопротивленияWx= 371 см3; статический момент полусеченияSx = 210 см3; момент инерции сеченияIx= 5010 см4; площадь сеченияА= 40,2 см2; ширину поясаbf= 125 мм; толщину поясаtf= 9,8 мм; толщину стенкиtw = 6 мм; линейную плотность (массу 1 м пог.) 31,5 кг/м.
Уточнение коэффициента сx, M и Q cучетом собственного веса балки настила.
Площадь пояса
Площадь стенки
Отношение
Af /Aw = 12,25 / 15,7 = 0,78.
По табл. 4.2 определяем коэффициент сx= 1,09.
Равномерно распределенная нагрузка от собственного веса балки настила длиной 1 м
Нормативная нагрузка на балку настила
Расчетная нагрузка
Расчетный изгибающий момент
Максимальная поперечная сила
Проверка несущей способности балки.Проверка прочности по нормальным напряжениям в середине балки:
Резерв несущей способности
Проверка прочности по касательным напряжениям у опоры:
Общую устойчивость балок настила проверять не надо, поскольку их сжатые пояса надежно закреплены в горизонтальном направлении приваренным к ним железобетонным настилом.
Проверка жесткости.Прогибы, определяемые от нормативных нагрузок, не должны превышать их предельных значений, установленных нормами проектирования. Для однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, проверка прогиба производится по формуле
где fu=l/200 = 2,25 см при пролетеl = 4,5 м (см. табл. 4.1).
Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.
Определяем вес балки настила на 1м2рабочей площадки:
4.4.2. Расчет вспомогательной балки
Расчетная схема вспомогательной балки представлена на рис. 4.14.
Пролет вспомогательной балки l = b = 6 м.
При (а1 = 2 м) > (l/5 = 6 / 5 = 1,2 м) принимаем нагрузку в виде сосредоточенных сил от двух реакций балок настила.
Нормативная сосредоточенная нагрузка на вспомогательную балку
Fn = qn a2 = 30,42 · 4,5 = 136,89 кН,
где qn – нормативная равномерно распределенная нагрузка на балку
настила.
Расчетная сосредоточенная нагрузка на вспомогательную балку
F = qa2 = 35,95 · 4,5 = 161,78 кН,
Опорные реакции
Ra = Rb = 1,5F = 1,5 · 161,78 = 242,67 кН.
Рис. 4.14. Расчетная схема вспомогательной балки (4-й вариант)
Расчетный изгибающий момент
Mmax = (Ra – F/2)a1 = (242,67 – 161,78 / 2) ∙ 2= 323,56 кН·м.
Максимальная поперечная сила у опоры
Qmax =Ra–F/2 = 242,67 – 161,78 / 2 = 161,78 кН.
Требуемый момент сопротивления
Wn,min = Mmax/(cxmβRyγc) = 32356 / (1,06 · 1 · 24 · 1) = 1271,86 см3,
где cxm = 0,5 (1 + cx) = 0,5 (1 + 1,12) = 1,06 – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций при наличии зоны чистого изгиба.
По сортаменту выбираем ближайший номер двутавра, у которого
Wx >Wn,min. Принимаем I50, имеющий момент сопротивления Wx = 1589 см3; момент инерции сечения Ix = 39727 см4;статический момент полусечения Sx = 919 см3; площадь сечения А = 100 см2; ширину пояса bf = 170 мм; толщину пояса tf = 15,2 мм; толщину стенки tw = 10 мм;радиус внутреннего закругления R = 17 мм; линейную плотность (массу 1пог. м) qn,вб = 78,5 кг/м.
Уточнение коэффициента сx, M и Q с учетом собственного веса вспомогательной балки.
Площадь пояса
Площадь стенки
Отношение
Af /Aw = 25,84 / 48,32 = 0,53.
По табл.4.2 определяем коэффициент сx = 1,12 и сxm = 0,5 (1 + 1,12) = 1,06.
Расчетная равномерно распределенная нагрузка от собственного веса вспомогательной балки
q = qn,вб γfg = 78,5 · 1,05 = 82,43 кг/м = 0,824 кН/м.
Нормативный изгибающий момент
Mn,max = Fna1 + qn,вб l2/8 = 136,89 · 2 + 0,785 · 62 / 8 = 277,31 кН·м.
Расчетный изгибающий момент
Mmax = Fa1 + ql2/8 = 161,78 · 2 + 0,824 · 62 / 8 = 327,27 кН·м.
Максимальная поперечная сила
Qmax=F+ql/2 = 161,78 + 0,824 · 6 / 2 = 164,25 кН.
Проверка несущей способности балки.Проверка прочности по нормальным напряжениям в середине балки:
Резерв несущей способности
Несмотря на большое недонапряжение сечение принято, так как при изменении сечения в меньшую сторону, принимая ближайший профиль I45 с Wx= 1231 см3, перенапряжение составит 5%.
Проверка прочности по касательным напряжениям у опоры:
Проверка прочности на местное напряжение σlocв местах приложения к верхнему поясу вспомогательной балки сосредоточенной нагрузки от балок настила (см. рис. 4.1):
где σloc=F/(lef tw) = 161,78/ (18,94 · 1) = 8,54 кН/см2,
здесь F = 2 ∙ 80,89 = 161,78 кН – расчетное значение сосредоточенной силы, равное двум реакциям от балок настила;
lef=b+ 2tf׳ = 12,5 + 2 · 3,22 = 18,94 см – условная длина распределения сосредоточенной нагрузки на стенку вспомогательной балки;
b= 125 мм – ширина пояса балки настила;
tf׳ =tf +R = 15,2 + 17 = 32,2 мм – расстояние от наружной грани полки до начала внутреннего закругления стенки.
Общую устойчивость балок настила проверять не надо, поскольку их сжатые пояса надежно закреплены в горизонтальном направлении часто рас- положенными и приваренными к ним балками настила.
Проверка жесткости.Прогибы, определяемые от нормативных нагрузок, не должны превышать их предельных значений, установленных нормами проектирования. Для однопролетной балки, нагруженной сосредоточенной нагрузкой, проверка прогиба производится по формуле
где Mn,max – максимальный момент в балке от нормативной нагрузки;
fu=l/250 = 2,4 см при пролетеl = 6 м (см. табл. 4.1).
Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.
В случае невыполнения любого из условий необходимо изменить сечение, приняв по сортаменту следующий номер двутавра и вновь проверить прочность и жесткость балки.
Определяем вес вспомогательной балки на 1м2 рабочей площадки:
gn,вб = 78,5/a2 =78,5 / 4,5 = 17,44 кг/м2 = 0,174 кН/м2.