315
.pdf
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ
БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ ПЕРЕКРЫТИЯ
И КОЛОННЫ
Методические указания к расчетно-графической работе по курсу
«Металлические конструкции»
Омск-2006
УДК 624.083 ББК 38.54
Рецензент проф. А.И. Швецов
Работа одобрена методической комиссией факультета ПГС в качестве методических указаний для студентов специальностей «Промышленное и гражданское строительство» (270102), «Городское строительство и хозяйство» (270105).
Расчет и конструирование балочной клетки перекрытия и колонны:
Методические указания к расчетно-графической работе по курсу «Металлические конструкции»/Сост.: Н.Н. Разливкина, И.М. Ивасюк, Р.М. Кононова.−Омск: Изд-во СибАДИ, 2006.− 32 с.
В методических указаниях рассмотрены рекомендации по проектированию стальных несущих конструкций балочной клетки. Приведены алгоритм расчета и необходимые данные для назначения геометрических параметров сечений балок и колонны.
Ил.26. Библиогр.: 4 назв.
© Составители Н.Н. Разливкина, И.М. Ивасюк, Р.М. Кононова, 2006
Состав работы
Курсовая работа включает расчет и конструирование стальных несущих конструкций балочной клетки рабочей площадки и колонн, поддерживающих междуэтажные перекрытия и покрытие. Выполняется на основе задания согласно шифру, выдаваемому руководителем курсового проектирования. В срок, обозначенный в задании, студент обязан представить пояснительную записку со всеми расчетами, сопровождаемыми четко выполненными рисунками и схемами, необходимыми пояснениями и выводами по каждому разделу, и конструктивно-графическую часть, оформленную в карандаше на миллиметровке в соответствии с правилами строительного черчения в указанных масштабах.
Материал несущих конструкций балочной клетки – сталь С235; бетон фундамента – В12,5; настил из сборных железобетонных (нетиповых) плит толщиной 0,3 м (вместе с конструкцией пола).
Вкурсовой работе должны быть освещены следующие вопросы:
1.Компоновка перекрытия.
2.Второстепенная балка перекрытия.
2.1.Подбор сечения и проверка прочности балки.
2.2.Проверка жесткости балки.
3.Главная балка рабочей площадки.
3.1.Подбор сечения балки в виде сварного двутавра.
3.2.Конструирование балки переменного сечения. Эпюра материалов.
3.3.Проверка прочности балки по касательным и приведенным напряжениям.
3.4.Расчет сварных швов, прикрепляющих пояса к стене балки.
3.5.Проверка общей устойчивости.
3.6.Местная устойчивость стенки балки.
3.7.Расчет опорного ребра главной балки.
3.8.Расчет и конструирование монтажного стыка главной балки перекрытия.
4.Центрально-сжатая колонна.
4.1.Подбор сечения.
4.2.Расчет колонны на устойчивость.
4.3.Проверка местной устойчивости элементов колонны.
5.База колонны с траверсами.
5.1.Определение размеров опорной плиты.
5.2.Расчет траверс опорной плиты и ребер жесткости.
5.3.Определение толщины опорной плиты.
В графической части вычертить:
Главную балку в масштабе 1:20 с сечениями в масштабе 1:10 или 1:5. Болтовой монтажный стык главной балки 1:10 или 1:5.
Сечения колонны в масштабе 1:10 или 1:5. Базу колонны в трех проекциях в масштабе 1:20.
Стыки второстепенной балки с главной балкой и балок с колонной в масштабе 1:10 или 1:5.
1. Компоновка перекрытия
Общая схема
L1
Колонна
L2 |
|
Второстепенные |
|
|
балки |
||
|
|
||
Угловая |
|
|
|
ячейка |
|
|
|
рабочей |
|
Ж/б плиты |
|
площадки |
Главные балки |
||
перекрытия |
|||
|
|
Угловая ячейка рабочей площадки
Ж/б плиты
перекрытия
Второстепенные балки
L2
Колонна
|
|
|
|
|
|
|
a |
a |
a |
a |
|
Главная балка |
|
|
|
|
|
|
|
|
L1
Размеры ячейки L1 (вдоль главной балки) и L2 (вдоль второстепенной балки) принимаются согласно шифру задания. Шаг второстепенных балок
следует принять в пределах а=2000-5000 мм, и он должен целое число n |
||||
раз укладываться по длине L1(L1=n∙a). |
|
|
|
|
|
2. Второстепенная балка перекрытия |
|||
|
2.1. Подбор сечения |
|||
Второстепенные балки междуэтажного перекрытия проектируют |
||||
прокатными двутаврового симметричного профиля. |
||||
|
Конструктивная схема второстепенной балки |
|||
|
lz=250 мм |
|
|
|
|
lо,в.б |
|
|
|
|
L2 |
|
|
|
|
Расчетная схема |
.вп,г.б 300 400 мм |
||
|
qв.б |
|
|
|
|
lо,в.б |
|
|
|
|
|
|
Ммах |
|
lz – глубина заделки второстепенной балки в стену; |
||||
вп,г.б |
– ширина пояса главной балки; |
|
|
|
lо,в.б |
– расчетный пролет второстепенной балки |
|||
|
lо,в.б L |
2 |
lz вп . |
|
|
|
2 |
4 |
|
Нормативная нагрузка на единицу длины второстепенной балки |
||||
определяется по формуле |
|
|
|
|
qвн.б qпост qвр а.
Расчетная нагрузка на единицу длины (без учета собственного веса балки)
qв.б (qпост fпост qвр q fвр ) a,
где qпост и qвр – постоянные и временные равномерно распределенные
нормативные нагрузки (см. табл.2 задания); fпост и fвр – коэффициенты надежности по нагрузке соответственно для постоянной и временной нагрузок [2, табл.1, п. 3.7].
Максимальный расчетный изгибающий момент в середине балки по длине (с ориентировочным учетом собственного веса балки)
|
q |
в.б |
l |
2 |
|
M max= |
|
|
0,в.б |
, |
|
в.б |
|
8 |
|
|
|
где ψ =1,03-1,05 – коэффициент, учитывающий вес балки.
Расчет на прочность прокатных балок, изгибаемых в одной из главных плоскостей, производится по изгибающему моменту по формуле
M
=W x с Ry c.
Требуемый момент сопротивления поперечного сечения определяется
как
M max
W xтр c Rвy.б c ,
где Мвmax.б – максимальный расчетный изгибающий момент в кН см;
с – коэффициент условия работы [1, табл.6*]; Ry – расчетное
сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести по табл.51*[1]; c – коэффициент, учитывающий возможность развития пластических деформаций в разрезной балке сплошного сечения из стали с пределом текучести Rуп до 580 МПа (5900 кгс/см2), для балок
симметричного двутаврового профиля принимается по табл.66 прил. 5 [1]. В первом приближении с принять в зависимости от
Af / Aw 1.
По сортаменту прокатных двутавровых профилей (прил. 3) подбираем сечение балки, выполняя условия:
1. W x W x,тр.
2. По конструктивным требованиям ширина пояса вп 120. По указанным условиям подобрать № двутавра по ГОСТу и выписать все
геометрические характеристики:
|
120 |
Ж/б плиты |
|
10 |
|
55 |
55 |
Второст. балка
H – высота балки (мм),
B – ширина полки (мм), t – толщина стенки(мм), s – толщина полки(мм),
qg – вес погонного метра или –
линейная плотность (кН/м), I x – момент инерции (см4),
W x – момент сопротивления (см3).
Уточняем максимальный момент в сечении второстепенной балки (за счет фактической величины собственного веса )
|
(q |
в.б qg |
fв.б ) l02,в.б |
|
|
М |
*в.б |
|
|
|
, |
|
8 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
где fв.б – коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса
стальной балки [2, табл. 1].
Производим проверку прочности по нормальным напряжениям
*
сМ* Wв.бx Ry c,
где с* – коэффициент, принимаемый по табл.66 [1], путем интерполяции для действительного отношения Аf / Aw (площади пояса и стенки по сортаменту).
2.2. Проверка жесткости балки
Проверка жесткости выполняется по второму предельному состоянию. Полученный относительный прогиб является мерой жесткости балки и
не должен превышать нормативного, зависящего от назначения балки f /l f /l ,
где f /l – предельно допустимая величина относительного прогиба второстепенной балки (прил. 2).
Для однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой,
qнв.б qпост qвр а qg .
Определение максимального прогиба проводится по формуле
|
|
5 |
|
q |
н |
l |
4 |
|
f |
|
|
|
|
в.б |
|
0.в.б |
, |
384 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
E Jx |
||||
где Е – модуль упругости по табл. 63 прил. 3 1 .
Если условие f /l f /l не выполняется, то необходимо подобрать сечение из условия жесткости.
3.Главная балка рабочей площадки
3.1.Подбор сечения балки в виде сварного двутавра
Главную балку проектируют в виде сварного двутавра с изменяющейся по длине балки шириной полок.
Для определения силы F определяем грузовую площадь Агр.
Агр lо,в.б а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Aгр |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o.в.б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сила F складывается из сосредоточенной нагрузки от постоянной и временной нагрузок, от собственного веса второстепенной балки и от ориентировочного собственного веса главной балки.
F Aгр qп fпост qв fв.р lв.б qg fв.б a 1 кH/м fг.б ,
где последнее слагаемое учитывает ориентировочный вес главной балки. Для принятой расчётной схемы из условия равновесия определяются
реакции опор, находятся максимальные расчётные изгибающий момент и поперечная сила.
Конструктивная схема главной балки |
||||
Lz=400 |
|
|
|
|
a |
a |
|
a |
a |
|
lo.г,б |
|
|
hk 400 мм |
|
11 |
|
|
|
F |
РасчетнаяF схема |
|
|
|
a+Lz /2 |
a |
а |
F |
a-hk/2 |
|
lо,г.б |
|
|
|
|
Mmax |
|
|
|
|
|
|
|
Эп.М |
|
|
|
|
Qmax |
|
|
|
|
Эп.Q |
Lz – глубина заделки главной балки в стену; |
|
|
|
|
hk – высота сечения колонны; |
|
|
|
|
lo,г.б – расчетный пролет главной балки |
|
|
|
|
lо,г.б L1 |
Lz hk |
|
|
2 |
2 |