Министерство Образования и Науки Российской Федерации

ГОУ ВПО «Тамбовский Государственный Технический Университет»

Кафедра: ”КЗ и С”

Пояснительная записка к курсовому проекту

по предмету металлические конструкции, включая сварку на тему: “Проектирование и расчёт стальных балочных клеток”

Выполнил:

студент гр. ССТ-41

Болтнев А.И.

Принял:

преподаватель

Умнова О. В.

Тамбов 2012

Содержание:

Задание на курсовую работу……...……………………………………………………… 2

Введение……………………………………………………………………………………. 4

1. Проектирование балок и балочных клеток………………………………………... 5

Выбор стального щитового настила……………………………………………… 5

Вариант 1…………………………………………………………………………… 5

Вариант 2…………………………………………………………………………… 6

Вариант 3…………………………………………………………………………… 8

Расчет балок настила……………………………………………………………….. 9

Вариант 1…………………………………………………………………………… 10

Вариант 2 …………………………………………………………………………... 11

Вариант 3…………………………………………………………………………… 12

Расчёт вспомогательных балок…………………………………………………….. 14

Выбор наиболее экономичного варианта…………………………………………... 15

2. Главные балки………………………………………………………………………….. 16

Компоновка и подбор сечения составных балок,

проверка прочности ……………………………………………………………….. 16

Изменение сечения главной балки и проверка прочности

в измененном сечении……………………………………………………………… 18

Проверка общей устойчивости составных балок………………………………… 19

Проверка местной устойчивости составных балок. Расчет рёбер……………. 20

Расчет деталей и узлов балок. Опирания и сопряжения балок………………... 23

Соединения поясов со стенкой……………………………………………………………… 24

Стыки сварных балок………………………………………………………………… 25

3. Центрально-сжатые колонны………………………………………………………. 25

3.1 Подбор сечения сквозной колонны………………………………………………… 25

3.2 Оголовок колонны…………………………………………………………………… 27

3.3 База колоны………………………………………………………………………….. 28

Список использованной литературы……………………………………………………. .31

Введение.

Курсовой проект разработан в соответствии с заданием и включает выбор и расчёт наиболее экономичной схемы компоновки в плане балок, расчёт и конструирование стержня, оголовка, базы колонны и расчёт необходимых узлов и швов. Проект состоит из пояснительной записки и графической части. Записка выполнена на 31 странице, включая 1 таблицу и 10 рисунков. Графическая часть разработана на 1 листе формата А1.

1. Проектирование балок и балочных клеток.

1. 1.1 Выбор стального щитового настила.

Вариант 1.

Принимаем материал настила - сталь С235 по ГОСТ 27772-88 с расчётным сопротивлением R_у=230 МПа =23 кН/см².

П

а)

редельно допустимый относительный прогиб , где f_u – предельно допустимый прогиб, а l_n – расчётный пролёт настила. По короткой стороне листа настила вырезаем полосу шириной 1см. Временная равномерно распределённая нагрузка р=20 кПа=0,002 кН/см², линейная распределённая нагрузка на полосу q_n=1∙р=0,002 кН/см.

П редельное отношение пролёта настила к его толщине определяем по формуле

= =157,8.

м

б)

м, где – отношение пролёта настила к предельному прогибу; q_n=0,002 кН/см² – нормативная нагрузка на настил;

– цилиндрический модуль упругости; Е=2,06∙10⁵ МПа – модуль упругости стали; υ=0,3 – коэффициент Пуассона.

Принимаем толщину настила

t

в)

_n= 6 мм мм по ГОСТ 82-70 [1, табл. П9.7] и находим его пролет l_n = 157,8∙6= 947 мм.

П

Рис. 1 Схемы балочной клетки:

а – нормальный тип (вариант 1);

б – нормальный тип (вариант 2);

в – усложнённый тип (вариант 3).

ринимаем пролет настила l_n=0,941 м , что соответствует целому числу пролётов по длине главной балки n=L/a=16/0,941=17. Так как длина балки составляет 16 м, то её необходимо разбить на два отправочных элемента с размещением монтажного стыка в середине балки. Место опирания балок настила не должно совпадать с местом монтажного стыка. Учитывая вышеизложенные требования и нечётное число шагов балки настила, принимаем вариант балочной клетки без смещением балок настила от разбивочных осей и опиранием главных балок на колонны сверху (рис.1, а).

Отношение длинной стороны листа настила к короткой В/а=7,5/0,8=9,38 >2, поэтому расчёт настила производим как для длинной пластины. Проверим прогиб и несущую способность полосы настила шириной 1см:

- площадь поперечного сечения А_n=l∙t_n= 0,6 см²;

- момент сопротивления полосы 0,060 см³;

- момент инерции полосы 0,018 см⁴;

- расчётная временная нагрузка q=γ_f ∙ q_n= 1,2∙0,002 = 0,0024 кН/см;

- коэффициент надежности по нагрузке γ_f=1,2

- балочный изгибающий момент 2,66 кН∙см;

- балочный прогиб 5,011 см.

2,79 кН.

0,454 кН;

;

0,372 кН∙см;

кН/см² < R_y∙γ_с=23∙1=23 кН/см²;

см < = 0,784 см,

где γ_с=1 – коэффициент условий работы.

Таким образом прочность и жёсткость настила при его толщине равной 6 мм обеспечена.

Расход стали на 1 м² настила равен: 7850 кг/м³∙0,006 м = 47,1 кг/м².

Вариант 2.

Предельно допустимый относительный прогиб , где f_u – предельно допустимый прогиб, а l_n – расчётный пролёт настила. По короткой стороне листа настила вырезаем полосу шириной 1см. Временная равномерно распределённая нагрузка р=20 кПа=0,002 кН/см², линейная распределённая нагрузка на полосу q_n=1∙р=0,002 кН/см.

Предельное отношение пролёта настила к его толщине определяем по формуле

= =135,6, следовательно

где – отношение пролёта настила к предельному прогибу; q_n=0,002 кН/см² – нормативная нагрузка на настил; МПа – цилиндрический модуль упругости; Е=2,06∙10⁵ МПа – модуль упругости стали; υ=0,3 – коэффициент Пуассона.

Принимаем толщину настила t_n=12 мм по ГОСТ 82-70 [1, табл. П9.7] и находим его пролет

l_n =135,6∙12=1627,2 мм.

Принимаем пролет настила l_n=1,6 м, что соответствует целому числу пролётов по длине главной балки n=L/a=16/1,5=10. Так как длина балки составляет 16 м, то её необходимо разбить на два отправочных элемента с размещением монтажного стыка в середине балки. Место опирания балок настила не должно совпадать с местом монтажного стыка. Учитывая вышеизложенные требования и чётное число шагов балки настила, принимаем вариант балочной клетки со смещением балок настила от разбивочных осей на половину шага и опиранием главных балок на колонны сверху (рис.1, б).

Отношение длинной стороны листа настила к короткой В/а= 7,5/1,6 =2,67 >2, поэтому расчёт настила производим как для длинной пластины. Проверим прогиб и несущую способность полосы настила шириной 1см:

- площадь поперечного сечения А_n=l∙t_n=1,2 см²;

- момент сопротивления полосы 0,24 см³;

- момент инерции полосы 0,144 см⁴;

- расчётная временная нагрузка q=γ_f ∙ q_n= 1,2∙0,002 = 0,0024 кН/см;

- коэффициент надежности по нагрузке γ_f=1,2

- балочный изгибающий момент 7,68 кН∙см;

- балочный прогиб 5,236 см.

4,828 кН.

1,255 кН;

;

кН∙см;

кН/см² < R_y∙γ_с=23∙1=23 кН/см²;

см < =1,24 см,

где γ_с=1 – коэффициент условий работы.

Таким образом прочность и жёсткость настила при его толщине равной 12 мм обеспечена.

Расход стали на 1 м² настила равен: 7850 кг/м³∙0,012м = 94,2 кг/м².

Вариант 3.

Шаг балок настила a=1,5 м, шаг вспомогательных балок b=4 м (рис. 1, в).

Предельно допустимый относительный прогиб , где f_u – предельно допустимый прогиб, а l_n – расчётный пролёт настила. По короткой стороне листа настила вырезаем полосу шириной 1см. Временная равномерно распределённая нагрузка р=20 кПа=0,002 кН/см², линейная распределённая нагрузка на полосу q_n=1∙р=0,002 кН/см.

Предельное отношение пролёта настила к его толщине определяем по формуле

= =137,8; тогда мм

где – отношение пролёта настила к предельному прогибу; q_n=0,002 кН/см² – нормативная нагрузка на настил; МПа – цилиндрический модуль упругости; Е=2,06∙10⁵ МПа – модуль упругости стали; υ=0,3 – коэффициент Пуассона. Принимаем толщину настила t_n=11 мм.

Отношение длинной стороны листа настила к короткой b/а=4/1,5=2,67 >2, поэтому расчёт настила производим как для длинной пластины. Проверим прогиб и несущую способность полосы настила шириной 1см:

- площадь поперечного сечения А_n=l∙t_n=1,1 см²;

- момент сопротивления полосы 0,202 см³;

- момент инерции полосы 0,111 см⁴;

- расчётная временная нагрузка q=γ_f ∙ q_n= 1,2∙0,002 = 0,002 кН/см;

- коэффициент надежности по нагрузке γ_f=1,2

- балочный изгибающий момент 6,75 кН∙см;

- балочный прогиб 5,251 см.

4,496 кН.

1,1 кН;

4,086;

1,327 кН∙см;

10,67 кН/см² < R_y∙γ_с=23∙1=23 кН/см²;

1,032 см < =1,17 см,

где γ_с=1 – коэффициент условий работы.

Таким образом прочность и жёсткость настила при его толщине равной 9 мм обеспечена.

Расход стали на 1 м² настила равен: 7850 кг/м³∙0,011 м = 86,35 кг/м².