Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уральский государственный технический университет – упи

Имени первого Президента России б.Н.Ельцина»

Нижнетагильский технологический институт (филиал)

Расчёт и конструирование балочной клетки рабочей площадки

Методические указания к курсовому проекту

по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку»

для студентов всех форм обучения

специальности 270102 – Промышленное и гражданское строительство

Нижний Тагил

2012

Оглавление

1. СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 3

1. Компоновка балочной клетки 3

2. Расчет стального настила 3

3. Расчет балки настила 4

4. Расчет главной балки 7

5. Расчет поясных сварных швов для главной балки 20

6. Монтажный стык главных балок на высокопрочных болтах 22

7. Стыки балок в балочной клетке 26

8. Расчет центрально сжатой колонны 27

1. Содержание курсового проекта

1. Компоновка балочной клетки

Балочная клетка одноэтажной рабочей площадки соответствует нормальному типу балочных клеток и представляет собой систему пересекающихся несущих балок (главных балок и балок настила), на которые опирается плоский стальной настил. Постоянные и временные нагрузки в балочной клетке нормального типа передаются с настила, которые в свою очередь, передают их на главные балки, опирающиеся на колонны.

В курсовом проекте принимаются главные балки, состоящие из двух взаимозаменяемых отправочных элементов. Так как главные балки имеют посередине монтажные стыки, то балки настила располагают симметрично относительно середины пролета главных балок. Для упрощения сопряжения балок настила с главными необходимо среднюю часть пролета главной балки оставить свободной, т.е. балка настила не должна приходиться на монтажный стык. Сопряжение балок с главными балками может быть в одном уровне и этажное.

2. Расчет стального настила

Настилы могут быть железобетонными, деревянными (дощатые), стальные.

Стальные настилы выполняют из рифленой просечно–вытяжной или толстолитсовой стали.

В качестве настила в курсовом проекте принимаются стальные плоские листы толщиной 6…16 мм, привариваемые к верхним поясам балок настила.

Из условия рационального использования стали толщину стального настила можно назначить в зависимости от нормативной равномерно распределенной нагрузки на настил

(1)

где pⁿ – полезная (временная) нагрузка; 1,05 – коэффициент учета собственного веса настила.

Таблица 1

Зависимость полезной нагрузки и толщины стального настила

	6
	8
	10
	12

3. Расчет балки настила

Цель проектирования – по предложенным условиям работы подобрать сечение балки, удовлетворяющее требованиям I и II группам предельных состояний.

Статический расчет. Балка настила представляет собой однопролетную неразрезную балку, нагруженную равномерно распределенной нагрузкой, собранной с соответствующей грузовой площади (рис. 1).

Рис. 1. Определение грузовой площади для балки настила

(2)

Расчетная схема балки и эпюры для определения расчетных усилий приведена на рис. 2. Балка работает на поперечный изгиб.

Рис. 2. Расчетная схема балки настила

Для расчета необходимо определить 2 величины:

1. Нормативная погонная равномерно–распределенная нагрузка на балку настила

   (3)

2. Расчетная погонная равномерно–распределенная нагрузка на балку настила

(4)

где – полезная (временная) нагрузка; – нормативная нагрузка от собственного веса стального настила; 1,05 – коэффициент учета собственного веса настила; – шаг балок настила; и  соответственно коэффициенты надежности для временной и постоянной нагрузок.

Нормативная нагрузка от собственного веса стального настила определяется по формуле:

(5)

где – плотность стали; – толщина стального настила.

Максимальные расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы для разрезной балки с равномерно–распределенной нагрузкой определяются по формулам:

	(6)
	(7)

Конструктивный расчет. Подбор сечения балок настила в соответствии с [1, п. 5.18] ведется с учетом развития пластических деформаций. В этом случае требуемый момент сопротивления сечения определяется по формуле

(8)

где – расчетное сопротивление стали по пределу текучести, определяемое для фасонного проката по [1, табл. 51]; – максимальный расчетный изгибающий момент; – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций, принимаемый по [1, табл. 66]; – коэффициент условий работы [1, табл. 6].

По сортаменту прокатных профилей выбирается ближайший номер профиля с моментом сопротивления, равным или большим требуемого:

(9)

По результатам подбора нужно вырисовать балку настила и выписать все геометрические характеристики ( , , , , , , , , вес балки (кг/м)).

Рис. 3. Геометрические характеристики сечения

В курсовом проекте в первом приближении принимаем для двутаврового сечения при отношении , .

Проверки по I группе предельных состояний (на прочность). Проверяем по нормальным и касательным напряжениям.

Нормальные напряжения по длине балки проверяются по середине пролета. По высоте в крайних волокнах.

(10)

где – фактический момент сопротивления сечения; – коэффициент условий работы; с₁ – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций, принимаемый по [1, табл. 66].

Уточняем интерполяцией коэффициент с₁ при фактическом отношении площади полки и площади стенки.

(11)

Величина недонапряжений определяется по формуле:

(12)

Если , то необходима перекомпановка сечения (увеличение профиля сечения) или изменить сталь балки.

Проверка прочности по касательным напряжениям по длине балки проверяются в области опор, в зоне максимальной поперечной силы, по высоте в середине.

(13)

где – расчетная поперечная сила; – статический момент сопротивления; – момент инерции сечения; – толщина стенки; – расчетное сопротивление стали сдвигу.

Проверки по II группе предельных состояний (по деформациям).

(14)

где – прогиб, который определяется в зависимости от нормативной нагрузки, наибольшее значение в середине пролета; – нормативная погонная нагрузка на балку настила; – длина балки настила; – момент инерции сечения; – модуль упругости стали [1, табл. 63].

Величина относительного прогиба сравнивается с предельной относительной величиной. Для балок настила можно принять 1/250. Жесткость балки в пределах нормы, в случае если:

(15)

При невыполнении данной проверки необходимо увеличить сечение балки и провести проверку жесткости для нового сечения.

Общую устойчивость балки настила согласно [1, п. 5.16*(а)] проверять не требуется, т.к. она обеспечивается сплошным жестким настилом, непрерывно опирающимся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанным сварными швами.

Проверки местной устойчивости стенки и сжатого пояса прокатной балки настила не требуется, т.к. они обеспечиваются их толщинами, принятыми из условий проката.