Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
“МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”
(ФГБОУ ВПО “МГСУ”)23
Национальный исследовательский университет
Кафедра металлических конструкций
Курсовой проект на тему:
“Расчет балочной клетки рабочей площадки”
Выполнил: Ундозеров В. А.
ТЭС IV-6
Проверил: Лушников С. Д.
Москва 2013 Содержание.
Расчет конструкций балочной клетки.
Расчет и конструирование главной балки.
Расчет и конструирование колонны.
Исходные данные
Шаг колонн в продольном направлении А = 15 м.
Шаг колонн в поперечном направлении В = 6,5 м.
Размеры площадки в плане 3А х 3В
Отметка верха настила Н = 9 м.
Нормативная временная нагрузка q = 20 кН/м2
Строительная высота перекрытия 2.2 м
Материал конструкции:
- настил: сталь С235
- балки настила: сталь С245
- главные балки: сталь С255
- колонны: сталь С285
-фундаментов: бетон класса В15
Относительный прогиб настила 1/150
Тип сечения колонны: сквозная
Соединение - жесткое
1.Расчет конструкций балочной клетки
1.1 Расчет стального плоского настила
Сравнение вариантов компоновки балочной площадки производим по суммарному расходу стали на настил и на балки настила. Для дальнейшего проектирования принимаем вариант с меньшим расходом стали.
Расчет по жесткости проводим от действия нормативных нагрузок, расчет по прочности (несущая способность) проводится на действие расчетных нагрузок.
Определим
отношение рабочего пролета настила к
его толщине:
≈
=
= 104,28
Где: 1/n0 = [f/l] = 1/150 – отношение пролета настила к его предельному прогибу;
=
кН/см2
нормативная нагрузка на настил;
Е1
=
Е
=
кН/
модуль упругости (модуль Юнга);
= 0,3 коэффициент Пуассона.
Вариант 1. Расчет нормальной балочной клетки t = 10мм.
Принимаем толщину настила t =10мм, тогда пролет настила lн=104,28*10=1043 мм,
Шаг балок настила а = 1043 + 100 = 1143 мм, где 100 – ширина полки балки настила в первом приближении.
Количество пролетов при шаге колонн 15 м:
n
=
=
= 13,12 шт
Принимаем
15 пролетов с шагом а =
= 1000мм
Вариант 2. Расчет нормальной балочной клетки t = 12мм.
Принимаем толщину настила t = 12мм, тогда пролет настила
lн=104,28*12= 1251,4 мм,
Шаг балок настила а = 1251,4 + 100 = 1351,4 мм
Количество пролетов при шаге колонн 15 м:
n
=
=
= 11,1 шт
Принимаем
12 пролетов с шагом а =
= 1250мм
1.2 Расчет балок настила
После определения толщины настила и шага балок настила, подбираем сечение
Балок настила и проверяем подобранное сечение. В качестве балок настила применяют двутавры.
Нагрузка, действующая на балку настила, будет складываться из:
-равномерно распределенной постоянной нагрузки;
-равномерно распределенной временной нагрузки;
Вариант 1
Масса 1м настила :
=
1м*1м*tнаст*
ж
=
1*1*0,01*78,5 = 0,785 кН/м2
Где
ж
=
78,5 кН/м3
– объемная масса стали.
Согласно
заданию, на площадку приложена временно
равномерно распределенная нагрузка
= 20 кН/м2
Нормативная нагрузка на балку настила:
qн
=
1.05 (РН
+
)
*а = 1.05 (20 +
)*1= 21,8 кН/м
Расчетная нагрузка на балку настила:
qр
=
1.05 (РН
*
+
*
)
*а = 1.05 (20*1.2 +
*1.05)*1= 26,07 кН/м
-
коэффициент надежности по нагрузке для
временной нагрузки (принимается по
табл.1 СНиП 2,0107 – 85);
–коэффициент
надежности по нагрузке для стали;
Вариант 2.
Масса 1м настила :
=
1м*1м*tнаст*
ж
=
1*1*0,012*78,5 = 0,942 кН/м2
Где
ж
=
78,5 кН/м3
– объемная масса стали.
Согласно
заданию, на площадку приложена временно
равномерно распределенная нагрузка
= 20 кН/м2
Нормативная нагрузка на балку настила:
qн
=
1.05 (РН
+
)
*а = 1.05 (20 +
)*1,25 = 27,49 кН/м
Расчетная нагрузка на балку настила:
qр
=
1.05 (РН
*
+
*
)
*а = 1.05 (20*1.2 +
*1.05)*1,25 = 32,8 кН/м
-
коэффициент надежности по нагрузке для
временной нагрузки (принимается по
табл.1 СНиП 2,0107 – 85);
–коэффициент
надежности по нагрузке для стали;
Расчет сварного соединения
Вариант 1.
Определяем силу, растягивающую настил:
H
=
2E1t
=
2*2.26*104*1
= 2.97 кН/см;
Где
=
1.2 – коэффициент надежности для
действующей на настил временной нагрузки;
t = 1 см – толщина настила.
Сварной шов выполняется полуавтоматической сваркой в нижнем положении. Катет сварного шва, прикрепляющего настил к второстепенной балке, определим из формулы 120 СНиП II-23-81*
;
Откуда катет шва равен:
Где:
– искомый катет лобового шва;
H = 2,97 кН/см – сила, растягивающая настил;
=
1 м – длина сварного шва (так как нагрузка
задается на единицу длины);
=
0,9 – коэффициент качества шва, принимается
по таблице 34 СНиП;
=
0,58Ry
= 0,58*23 = 13,34 кН/см2
– расчетное сопротивление срезу по
металлу шва;
=
1,0 – коэффициент для расчета сварных
соединений;
=
1,0 – коэффициент условий работы
конструкции.
Минимальный катет шва kf = 4 мм, по СНиП табл.38*
Принимаем минимальный шов с катетом kf = 4мм.
Вариант 2
Определяем силу, растягивающую настил:
H
=
2E1t
=
2*2.26*104*1,2
= 3,56 кН/см;
Катет шва равен:
Минимальный катет шва kf = 4 мм, по СНиП табл.38*
Принимаем минимальный шов с катетом kf = 4мм.
Статический расчет балки настила
Определяем максимальный изгибающий момент и максимальную поперечную силу в разрезной однопролетной балке настила, загруженной расчетными нагрузками – постоянной qнаст и временной от оборудования р
Вариант 1.
Определение максимального момента в балке настила:
Мmax
=
=
= 137.69 кН*м
Определение максимальной поперечной силы в балке настила:
Qmax
=
=
=84,73
кН
Опорная реакция балки настила:
F = Qmax = 84,73 кН.
Вариант 2.
Определение максимального момента в балке настила:
Мmax
=
=
= 173,23 кН*м
Определение максимальной поперечной силы в балке настила:
Qmax
=
=
=106,6
кН
Опорная реакция балки настила:
F = Qmax = 106,6 кН.
Подбор сечения балки настила
Проверки подобранного сечения балок настила выполняют по первой и второй группам предельных состояний.
Вариант 1.
Условие прочности балки при изгибе:
Требуемый момент сопротивления сечения:
=
= 522 см3
=
1.1 – коэффициент, учитывающий развитие
пластических деформаций по табл.66 СНиП
II-23-81*
=
24 кН/см2
– расчетное сопротивление предела
текучести для стали С245 по ГОСТ 27772-88;
=1,0
– коэффициент условий работы, таблица
6 СНиП II-23-81*.
По
сортаменту выбираем двутавр, удовлетворяющий
условию Wz
≥
Принимаем двутавр № 33 со следующими характеристиками:
Wz = 597 см3
Jx = 9840 см4
q = 42,2 кг/м
F = 53,8 см2
b = 140 мм
h =330 мм
Проверка балки по второй группе предельных состояний ( по прогибу):
Предельный относительный прогиб балок настила равен : f/l = 1/150.
Прогиб балки, загруженный равномерно распределенной нагрузкой не должен превышать предельно допустимого прогиба.
Тогда
=
= 0.0038 ≤
= 0.0067
Проверка прочности балки на изгиб:
Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.
Расхода материала на 1м2 конструкции:
M
= 1*1*t*γж
+
= 1*1*1*78.5 +
= 120,7 кг/м2
Вариант 2.
Требуемый момент сопротивления сечения:
=
= 656 см3
По
сортаменту выбираем двутавр, удовлетворяющий
условию Wz
≥
Принимаем двутавр № 36 со следующими характеристиками:
Wz = 743 см3
Jx = 13380 см4
q = 48.6 кг/м
Sx = 61,9 см2
b = 145 мм
h = 360 мм
Прогиб балки:
Тогда
=
= 0.0036≤
= 0.0067
Проверка прочности балки на изгиб:
Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости
Расхода материала на 1м2 конструкции:
M
= 1*1*t*γж
+
= 1*1*1,2*78.5 +
= 133,08 кг/м2
Для дальнейшего проектирования принимаем 1ый вариант с шагом 1000 мм и толщиной 10 мм. Этот вариант выгоднее по расходу металла.