Содержание

Введение…………………………………………………………………… 1 Исходные данные……………………………………………………….. 2 Компоновочная схема балочной клетки…………………………….. 2.1 Компоновка балочной клетки……………………………………… 2.2 Расчет вспомогательных балок и балок настила………………… 3 Расчет и конструирование главной балки…………………………… 3.1 Расчетная схема. Расчетные нагрузки и усилия…………………… 3.2 Определение высоты главной балки……………………………….. 3.3 Определение нагрузки и расчетных усилий в главной балке……. 3.4 Подбор сечения главной балки……………………………………. 3.5 Изменение сечения главной балки…………………………………. 3.6 Проверка общей устойчивости балки……………………………… 3.7 Расстановка ребер жесткости и проверка на местную устойчивость стенки............................................................................... 3.8 Проверка прочности поясных швов……………………………………… 3.9 Конструирование и расчет опорной части балки………………….…….. 3.10 Конструирование и расчет укрупнительного стыка балки…………….. 4 Расчет и конструирование колонны…………………………………. 4.1 Подбор сечения колонны…………………………………………… 4.2 Конструкция и расчет оголовка колонны………………………… 4.3 Конструкция и расчет базы колонны……………………………… Список литературы………………………………………………………. Приложение А Основные буквенные обозначения……………………

5 6 7 7 9 11 11 12 12 13 15 19 19 23 25 27 29 29 33 34 38 39

Введение

В данном курсовом проекте были рассмотрены варианты конструктивных решений балочных клеток и соответствующие им расчеты.

В курсовом проекте были выполнены расчеты и подбор сечения балок настила, главных балок, колон, оголовка и базы колоны.

Основные буквенные обозначения величин даны в приложении А.

1 Исходные данные

1. Шаг колонн в продольном направлении А = 12 м

2. Шаг колонн в поперечном направлении В = 6,5 м

3. Габариты площадки в плане 3A × 3B

4. Отметка верха настила + 9.000 м

5. Временная равномерно распределенная нагрузка кН/м²

6. Допустимый относительный прогиб настила f/l = 1/n₀ = 1/150

7. Тип колонны – сквозная

Примечания.

1. Предполагается район строительства П₅ с расчетной температурой ºС. Класс стали принимать: для настила, прокатных балок и колонн – по группе 3, для составных балок – по группе 2.

2. Расчетные сопротивления проката и принимаются в соответствии с выбранным классом стали по таблице 51* СНиП II-23-81* или по таблице П.Б.1[1].

3. Расчетные сопротивления стали сдвигу и смятию торцевой поверхности соответственно равны

R_s = 0.58R_y; R_p = R_u (1.1)

4. Коэффициенты условий работы во всех случаях условно принять равными γ_с = 1.

5. Модуль упругости стали E = 2,06·10⁴ кН/см² = 2,06·10⁵ Мпа; коэффициент Пуассона ν = 0,3; удельный вес ρ = 78 кН/м³.

6. Коэффициенты для расчета сварных соединений γ_wf = γ_wz = 1 и в дальнейшем опускаются. Коэффициенты надежности по назначению γ_n = 1.

2 Компоновочная схема балочной клетки

Выбираем схему сопряжения балок:

Рисунок 1- Этажное сопряжение балок

2.1 Компоновка балочной клетки

Рассмотрим два варианта компоновки балочной клетки (нормального и усложненного типа) со стальным настилом.

Первый вариант. Нормальный тип балочной клетки

В зависимости от заданной нагрузки = 24 кН/м² и относительного прогиба [f/l] = 1/ n₀ = 1/150 определяем наибольшее отношение пролета настила к его толщине l_н/t_н:

, (2.1)

где n₀ = l_н/f = 150 – норма прогиба;

кН/м²,

где ν = 0,3 – коэффициент Пуассона.

Задаемся расстоянием между балками настила l_н = 1000 м, тогда толщина настила, определяемая по формуле (2.1) будет:

мм

Окончательно принимаем t_н = 10 мм, поскольку пролет настила меньше шага балок настила на ширину полки балки.

Рисунок 2 – Схема балочной клетки (нормальный вариант)

Схема расстановки балок настила показана на рисунке 2, а сопряжение балок – на рисунке 1.

Второй вариант. Усложненный тип балочной клетки.

Принимаем шаг вспомогательных балок, а значит и пролет балок настила a_вб = l_бн = 2,4 м. Задаемся расстоянием между балками настила l_н = 1000 м, тогда толщина настила, определяемая по формуле (2.1) будет:

мм

Окончательно принимаем t_н = 10 мм, поскольку пролет настила меньше шага балок настила на ширину полки балки.

Рисунок 3 – Схема балочной клетки (усложненный вариант)

Схема компоновки второго варианта показана на рисунке 3. Схема сопряжения балок может быть принята по рисунку 1.

2.2 Расчет вспомогательных балок и балок настила

После компоновки вариантов выполняется расчет балок по каждому из вариантов в такой последовательности:

– определение нормативных нагрузок;

– определение расчетных нагрузок с учетом коэффициентов надежности по нагрузке: для временной нагрузки γ_{f, p} = 1,2; для собственного веса стальных конструкций γ_{f, g} = 1,05. Собственный вес балок настила и вспомогательных был принят в размере 1% от нагрузки на них;

– расчет балок настила и вспомогательных на прочность и проверка их прогибов по формулам:

; .

После сравнения вариантов окончательно принимаем первый вариант компоновки, так как по расходу стали, он на 4% экономичнее второго, а так же проще и менее трудоемок. Кроме того, первый вариант дает большую свободу при выборе главной балки.

Таблица 1 – Расчет балок настила и сравнение вариантов

Расчетные величины и формулы	Результаты расчета
	Вариант 1	Вариант 2
		Балка настила	Вспомогательная балка
Толщина настила, см	1,0	1,0
Нормативная нагрузка от веса настила gn, кН/м2	1·1·0,01·78,5 = 0,78
, кН/м	1,02(0,78+24)1 = 25,3	1,02(0,78+24)1 = 25,3		1,02(0,78+24)2,4 = 60,66
, кН·м	1,02(0,78·1,05+24·1,2)1=30,2	1,02(0,78·1,05+24·1,2)=30,2		1,02(0,78·1,05+24·1,2)2,4=72,5
, кН·м
, см3
Сечение	I №36	I №16		I №55
Wx, см3	743	109		2035
Ix, см4	13380	873		55967
Масса 1 п.м, кг/м	48,6	15,9		92,6
Расход стали, кг/м2	78,5+48,6/1 = 127,1	78,5+21/1+78,5/3,2=132,2

3 Расчет и конструирование главной балки

3.1 Расчетная схема. Расчетные нагрузки и усилия

Нагрузку на главную балку при передаче ее через 5 и более балок настила можно считать равномерно распределенной. Расчетная схема и эпюры усилий даны на рисунке 4. Постоянная нагрузка (вес настила, балок настила и вспомогательных балок) найдена при сравнении вариантов. Собственный вес главной балки принимаем приближенно в размере 2-3% от нагрузки на нее. Грузовая площадь заштрихована на рисунке 5.

Рисунок 4 – Расчетная схема и усилия в главной балке

Рисунок 5 – К определению нагрузки на главную балку

3.2 Определение высоты главной балки

Высоту главной балки h_гб целесообразно назначать близкой к оптимальной и кратной 100 мм при соблюдении условия (см. рис. 1).

Минимальная высота определяется из условия обеспечения предельного прогиба при полном использовании расчетного сопротивления материала по формуле

. (3.1)

Оптимальная высота определяется по формуле

При этом гибкость стенки целесообразно принимать равной 120…150 (меньшие значения при больших R_y).

3.3 Определение нагрузки и расчетных усилий в главной балке

Погонная нагрузка с учетом собственного веса (2%) и веса настила 1,271 кН/м² (см. табл.1).

кН/м;

кН/м;

Расчетные усилия

кН·м; кН·м.

Требуемый момент сопротивления

см³.

Расчетное сопротивление стали С245 при толщине поясных листов до 20 мм составляет кН/см².

При этажном сопряжении балок настила (рисунок 1, а)

см.

Минимальная высота (по жесткости)

см.

Задаемся гибкостью стенки . Тогда

см.

Принимаем h=1,5 м, что больше h_min, меньше h_max и близко к h_opt.

3.4 Подбор сечения главной балки

Рисунок 6 – Сечение главной балки

Находим толщину стенки по формулам (2.2) – (2.4), полагая см; см.

см = 7,1 мм. (3.2)

см = 10 мм; (3.3)

= 1,2 см = 12 мм. (3.4)

Принимаем мм.

Находим требуемую площадь поясов :

см⁴;

см⁴;

см⁴;

см²;

см.

Принимаем пояса из листа 380×20 мм. При этом см².

; ;

.

Геометрические характеристики сечения:

см⁴,

см³.

Проверка прочности:

МПа

Недонапряжение составляет:

Рисунок 7 – Принятое сечение балки

Проверки прогиба балки не требуется, так как принятая высота м больше, чем м.