ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Строительный факультет

Кафедра строительных конструкций, оснований и фундаментов

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине металлические конструкции

“Балочная клетка”

Выполнил:

студент гр.51401

Руководитель:

Петрозаводск 20.. Содержание.

(см. файл «Содержание МК КП БАК»)

1. Сравнение вариантов балочной клетки с расчетом листового настила,

балок настила и вспомогательных балок

Требуется выполнить сравнение вариантов компоновки балочной клетки по следующим исходным данным:

шаг колонн в продольном направлении – L =16 м;

шаг колонн в поперечном направлении – B=5 м;

временная равномерно-распределенная нагрузка –=21кН/м

коэффициент надежности по нагрузке - =1,2

L

L

B

B

B

B

Балочная клетка нормального типа.

16000

5000

a_d

Расчет настила

Использую сталежелезобетонный настил по СТО 0047-2005 «Перекрытия сталежелезобетонные монолитной плитой по стальному профилированному настилу»

(далее см. практические занятия)

t_d

a_d

f_d

l_d

H

H

21 кН/м²

Расчет балки настила

q

l=B

“M”

M_max

Согласно таблице 50* принимаем группу конструкций 3, класс стали С235 по ГОСТ 27772-88

Постоянная нагрузка от собственного веса настила: g=1.178,5=86,35 кг/м=0,8635 кН/ м

Распределенная нагрузка на погонный метр балки :

нормативная кН/м

расчетная кН/м

Максимальный изгибающий момент:

кНм

Требуемый момент сопротивления:

см

По сортаменту принимаем ближайший больший двутавр №30, имеющий основные характеристики:

Уточняем значение коэффициента :

, откуда =1,08

Выполняем проверку прочности балки:

(Н/мм)

Проверка II предельного состояния (деформации):

Расход стали на: настил – 82,25кг/м

балки настила – 36,5/1,45=25,17 кг/м

всего 107,42 кг/м

Балочная клетка усложненного типа.

Расчет настила.

16000

5000

a_d

a_p

Принимаем пять шагов вспомогательных балок по главной. В этом случае величина шага будет равняться (м), что укладывается в промежуток от 2,5 до 5 м.

Принимаем настил такой же толщины, как и в первом случае =10 мм. Тогда расчетный пролет настиласм. Число шаговn=500/145,45=3.44 примем n=4, тогда .

Расчет балки настила.

q

l=a_s

“M”

M_max

кН/м

кН/м

кНм

см

По сортаменту принимаем двутавр №20, основные характеристики которого:

Уточняем значение коэффициента :

, откуда =1,069

Выполняем проверку прочности балки:

(Н/мм)

Проверка II предельного состояния (деформации):

Вспомогательные балки.

При определении нагрузки на вспомогательные балки нагрузка от балок настила добавляется к весу настила и тогда постоянная нагрузка на 1мплощадки будет равна:

настил - 82,25 кг/м

балки настила 21,5/1,25=16,8 кг/м

постоянная нагрузка 99,05кг/м

Тогда распределенная нагрузка на вспомогательную балку:

нормативная кН/м

расчетная кН/м

кНм

см

По сортаменту принимаем двутавр №45, у которого следующие основные характеристики:

Уточняем значение коэффициента :

, откуда =1,14

Выполняем проверку прочности балки:

(Н/мм)

П

b_f

a_d=l_ef

роверка общей устойчивости:

(Мпа) –это напряжения, возникающие в балке при изгибе.

Используем упругую работу материала. (δ=1)

Фактическое отношение свободной длины балки к ее ширине:

h=450-14,2=435,8мм

,

- предельное отношение

19,38>7,81.

Условие выполняется и проверку устойчивости можно не проводить.

Проверка деформаций :

Расход стали на: настил 86,35 кг/м

балки настила 23,93 кг/м

вспомогательные балки 108/4,58=23,58 кг/м

всего 133,86 кг/м

Таблица сравнения вариантов компоновки балочной клетки

№ варианта	Расход стали, кг			Кол-во типоразмеров на ячейку	Кол-во мон. Единиц на яч.
	На 1м	на ячейку	в процентах
1	107,42	8593,6	100	1	12
2	119,83	9586,4	110,36	2	31

2. Компоновка и подбор сечения главной балки

L

B

B

B

q

M_max

Q_max

Требуется подобрать сечение сварной главной балки для группы конструкций 2 из стали С245, толщиной t  20мм сR_y=240Н/мм² и R_s=139,2Н/мм², вес настила и балок настила g_n=1,074 кН/м². Собственный вес балки принимаем в размере 2% от нагрузки на нее.

Расчетная схема приведена на рис. Найдем нормативную и расчетную нагрузку на балку:

кН/м

кН/м

Определим расчетный изгибающий момент в середине пролета:

кН/м

Поперечную силу на опоре: кН.

Главную балку рассчитываем в упругопластической стадии. Первоначально принимаем, что с=1,1 Определим требуемый момент сопротивления балки:

W _red = M _max /C ₁ R_y= 412192/1,1=15613,33см³

Определим оптимальную высоту балки, предварительно задав ее высоту: h _b = 1/10*L 1,6 м и рассчитав толщину стенки: мм. Примем мм, тогда см, примем 130 cм.

Минимальная высота балки: =см

Проверяем принятую толщину стенки:

• мм

• из условия работы стенки на касательные напряжения на опоре см < 1,1см

• чтобы не применять продольных ребер жесткости см < 1,0 см

Примем теперь : h_opt=137,5см, примем

Проверяем принятую толщину стенки:

• мм

• из условия работы стенки на касательные напряжения на опоре см < 1,0см

• чтобы не применять продольных ребер жесткости см < 1,0 см

Условия выполняются, поэтому оставляем ; .

Примем толщину поясов см, тогда см.

Размеры горизонтальных поясных листов найдем исходя из необходимой несущей способности балки. Для этого вычислим требуемый момент инерции сечения балки .

Найдем момент инерции стенки балки .

Момент инерции, приходящийся на поясные листы .

Момент инерции поясных листов балки относительно ее нейтральной оси ,где- площадь сечения поясов. Отсюда получаем требуемую площадь сечения поясов балки:см, гдемм. Принимаем пояса из универсальной стали 450x20мм

Окончательно получили такие размеры поясов .

, отсюда с_x=1,11

Проверяем принятую ширину поясов на местную устойчивость: .

.

Проверяем несущую способность балки:

.

Подобранное сечение балки проверяем на прочность. Для этого определяем момент инерции и момент сопротивления балки: ;

Наибольшие нормальные напряжения в балке: .

Подобранное сечение балки удовлетворяет проверке прочности и не имеет недонапряжения больше 5% (). Проверку прогиба балки можно не делать, так как принятая высота сечения больше минимальной и регламентированный прогиб будет обеспечен.

3. Изменение сечения главной балки по длине

1

q

Т

х=l/6=2.6

1

ребуется изменить сечение главной балки по длине. Место изменения сечения принимаем на расстоянии 1/6 пролета от опоры. Сечение уменьшаем изменением ширины поясов. Определим расчетный момент и перерезывающую силу в сечении 1:мм.

M₁=4121.92

;.

О

Q₁=1030.5

пределим требуемый момент сопротивления и момент инерции измененного сечения, исходя из прочности сварного стыкового шва, работающего на растяжение:

; .

Определим требуемый момент инерции поясов:

Требуемая площадь сечения поясов ; принимаем пояс 300х20мм.Окончательные размеры пояса измененного сечения балки:. Принятый пояс удовлетворяет рекомендациям, и

Определим момент инерции и момент сопротивления уменьшенного сечения: ; .

Проверка прочности: .

4. Проверка прочности и прогиба балки

b_f1

x

x

“σ”

“τ”

σ₁

τ₁

1. Проверка прочности балки.

Проверим максимальные нормальные напряжения в поясах в середине балки:

.

Проверим максимальные касательные напряжения в стенке на опоре балки:, где- статический момент полусечения балки., тогда

Проверяем приведенные напряжения в сечении 1 – месте изменения сечения балки: ;;

, где , тогда.

Проверки показали, что прочность балки обеспечена.

2. Проверка прогиба.

Эту проверку для балки можно не производить, так как принятая высота балки больше

минимальной h=144 см > 65,54 см =.

5. Проверка общей устойчивости главной балки

Проверим общую устойчивость балки в месте действия максимальных нормальных напряжений, принимая за расчетный пролет - расстояние между балками настила:

в середине пролета балки, проверим применяемость формулы:

и :

в месте уменьшенного сечения балки и балка работает упруго:.

Проверка показали, что общая устойчивость балки обеспечена.

6. Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов

главной балки

Полка

, где , тогда;

Стенка

Ребра жесткости:

, примем .

, примем

Каждый отсек между ребрами проверяют на местную устойчивость: , при отсутствии местных напряжений, гдедействующие напряжения;критические напряжения .

Действующие напряжения:

кН/см²; кН/см².

Критические напряжения: , где. Так как;, где, тогда. ОкончательнокН/см².

;

;;кН/см².

Тогда окончательная проверка:

7. Расчет соединения поясов балки со стенкой

.

Примем: сварка автоматическая под слоем флюса АН-60, сварочной проволокой Св-08 с ;

Н/мм²

Н/мм²

см³

см⁴

Тогда, откуда по СниП по таблице 38 примем.

8) Расчет укрупнительного стыка балки на высокопрочных болтах

Стык делаем в середине пролета балки, где М=4121.92(кН) и Q=0. Стык осуществляем высокопрочными болтами d=20(мм) из стали 40Х ”селект”, R_bun=110(кН/см²). Регулирование натяжения болта по углу закручивания. Обработка поверхности газопламенная.

Стык поясов.

Площадь пояса: .

Толщина накладок: мм, но примем мм. Тогда площадь накладки. Условие удовлетворяется: . Несущая способность:

, где ,;; класс точности болтов примем А, тогда.

Усилия в поясе: ,.

Количество болтов в соединении: , примемn=16 болтов.

Чтобы распределить болты надо узнать минимальные и максимальные расстояния. Диаметр отверстия примем на 2 мм больше диаметра болта, тогда .

Расстояния:

между болтами: min=55мм

max =176мм или 12t=144мм

(где t=12мм)

до края: min =28,6мм

max =88мм или 8t=96мм.

Стык стенки.

Момент действующий на стенку: ;

Болты устанавливаются на максимальном расстоянии:

8d=160(мм) или 12t=120(мм)

h₁=h_w-2*70=1260(мм). Принимаем 12 шагов*105(мм)=1260(мм)

Проверяем стык стенки: ,

где ;

-условие выполняется.

Расстояния:

между болтами: min=55мм (где)

max =176мм или 12t=96мм (где t=8 мм)

до края: min =28.6мм

max =88мм или 8t=64мм.

Проверка по ослабленному сечению.

Проверяем пояс.

;;; -проверка выполняется.

9. Расчет опорного ребра главной балки

F=R

R=Q_max

≤1,5t_op

b_ef

s

t_w

t_op

b_op

Опорная реакция балки .

Площадь смятия торца ребра : , где. Принимаем ребро 300х12, тогда. Проверим опорную стойку балки на устойчивость относительно осиz. Ширина участка стенки, включенного в работу опорной стойки:

;;;по прил. 7 уч. под рук. Беленя ; .

Рассчитаем прикрепление опорного ребра к стенке:

сварка полуавтоматическая проволокой Св-08Г2С в среде ;

4 шва;;;_я=1;

Определим катет сварных швов: .Принимаем шов. Проверяем длину рабочей части шва

Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами.