методичка балочная клетка
.pdfМинистерство образования Российской Федерации
Казанская государственная архитектурно-строительная
академия
Кафедра металлических конструкций и испытания сооружений
БАЛОЧНАЯ КЛЕТКА
Методические указания к курсовому проекту по металлическим конструкциям
для специальности 291500
Казань 2005
|
|
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
|
стр. |
|
Введение |
. |
. |
. |
. |
. |
3 |
|
1. |
Компоновка балочной клетки. |
. |
. |
5 |
|||
2. |
Расчёт несущего настила |
. |
. |
. |
6 |
||
3. |
Расчёт балок настила . |
. |
. |
. |
8 |
||
4. |
Расчёт главной балки . |
. |
. |
. |
9 |
||
4.1. Определение нагрузок и расчётных усилий |
9 |
||||||
4.2. Подбор сечения прокатной балки . |
. |
10 |
|||||
4.3. Проверка прочности и прогибов балок. . |
11 |
||||||
4.4. Расчёт опорных ребер |
. |
. |
. |
11 |
|||
4.5. Расчёт узлов сопряжения балок . |
. |
13 |
|||||
5. |
Расчёт колонны |
. |
. |
. |
. |
14 |
|
5.1. Расчёт стержня сплошной колонны |
. |
16 |
|||||
5.2. Расчёт базы колонны |
. |
. |
. |
17 |
|||
5.3. Конструирование оголовков колонн |
. |
19 |
|||||
6. Оформление графической части курсовой работы |
20 |
||||||
Литература |
. |
. |
. |
. |
. |
22 |
|
2
ВВЕДЕНИЕ
Разработка студентами проекта балочной клетки имеет своей целью закрепить теоретические знания по соответствующему разделу курса и дать необходимые навыки в расчёте и конструировании металлических конструкций.
По характеру рассматриваемых и решаемых задач курсовая работа разделена на две основные части: расчётную и графическую. В расчётной части выбирается вариант балочной клетки, выполняются расчёты настила, балок настила, главных балок, колонн, деталей и узлов.
В графической части составляются чертежи балочной клетки в стадии КМ и КМД. В этой части разрабатываются:
монтажная схема балочной клетки с маркировкой всех элементов, чертежи отправочных марок главной и вспомогательной балок, колонны, а также узлов сопряжения конструкций. Составляется спецификация стали и таблица отправочных марок.
Исходные данные задания на проектирование определяются по таблице 1 в соответствии с шифром,
устанавливаемым по последней и предпоследней цифрам номера зачетной книжки студента согласно таблице 2. Марка стали С 245. Класс бетона фундамента принимается студентом самостоятельно.
|
|
|
|
|
Таблица 1. |
|
|
Продольный |
Поперечный |
Нормативная |
Толщина |
|
Высота |
|
шаг колонн |
шаг колонн |
полезная |
настила |
|
колонн, |
|
L, м |
l, м |
нагрузка, |
мм |
|
м |
|
|
|
кг/м2 |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
5 |
1 |
9 |
4 |
700 |
3 |
|
3 |
2 |
10 |
5 |
600 |
4 |
|
4 |
3 |
12 |
6 |
500 |
5 |
|
5 |
4 |
– – |
7 |
– – |
– – |
|
6 |
3
|
|
|
|
Предпоследняя цифра |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
|
|
|
13231 |
33131 |
24324 |
11323 |
31222 |
22124 |
13311 |
33212 |
24113 |
11111 |
1 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
23232 |
14132 |
34321 |
21324 |
12223 |
32121 |
23312 |
14213 |
34114 |
21112 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
33233 |
24133 |
11132 |
31321 |
22224 |
13122 |
33313 |
24214 |
11211 |
31113 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14234 |
34134 |
21133 |
12322 |
32223 |
23123 |
14314 |
34211 |
21212 |
12114 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21331 |
11231 |
31134 |
22323 |
13221 |
33124 |
24311 |
11313 |
31213 |
22111 |
5 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
31332 |
21232 |
12133 |
32324 |
23222 |
14121 |
34312 |
31314 |
12214 |
32112 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22333 |
31233 |
22132 |
13322 |
33223 |
24122 |
11123 |
31311 |
22211 |
13113 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
32334 |
12234 |
32131 |
23321 |
14224 |
34123 |
21124 |
12312 |
32212 |
23114 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13331 |
22232 |
13133 |
33322 |
24221 |
11224 |
31121 |
22313 |
13213 |
33111 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
23332 |
32233 |
23134 |
14323 |
34222 |
21221 |
12123 |
32314 |
23214 |
14112 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.2 Таблица цифра Последняя
1. КОМПОНОВКА БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ
Система несущих балок, образующих конструкцию перекрытия, называется балочной клеткой. Балочные клетки подразделяют на три основных типа; упрощенный, нормальный и усложненный. В курсовом проекте разрабатывается нормальный тип балочной клетки. В нормальной балочной клетке балки настила опираются на главные балки, которые устанавливаются на поддерживающие конструкции (колонны) в направлении большего пролета. Сопряжения балок между собой выполняется в одном уровне (рис.2).
Основные размеры балочной клетки в плане и по высоте устанавливаются заданием на проектирование балочной клетки.
Шаг балок настила определяется по несущей способности настила. При стальном настиле он может быть в пределах 0,6 – 1,6 м. Для упрощения узлов сопряжения балки настила не
следует размещать в местах опирания главных балок на колонны.
После компоновки выполняется расчет настила, балок настила и главных балок, узла опирания балок настила на главные балки, сплошной колонны, базы колонны и конструируется оголовок колонны.
Рис.1. Нормальный тип балочной клетки
5
Рис.2. Сопряжения балок в одном уровне
2.РАСЧЕТ НЕСУЩЕГО НАСТИЛА
Вкачестве настила чаще всего применяют стальные листы. Стальной настил крепится к балкам с помощью сварки (рис.3) и рассчитывается на прочность и жесткость [1].
Из расчета на жесткость определяется пролет настила при заданной толщине по формуле:
|
|
4n0 |
æ |
|
|
72E1 |
ö |
|
|
|
ç |
|
|
÷ |
|
||
|
lH = |
|
ç |
1 |
+ |
|
÷tH |
(2.1) |
|
15 |
n4 pH |
||||||
|
|
|
è |
|
0 |
ø |
|
|
где lH – пролет настила; tH |
– толщина настила, |
|
||||||
n0 = [lн/f] = 120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
E = 2.26*104 |
kH см2 |
- |
|
модуль |
упругости |
стали при |
||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
цилиндрическом изгибе,
pH – нормативная длительная нагрузка на настил, которая равняется полезной нагрузке по заданию.
Пролет настила следует принять кратным пролету главных балок.
Растягивающее усилие в настиле, по которому рассчитываются сварные швы, крепящие настил к балкам,
находят по формуле
6
|
|
|
|
π 2 |
|
|
2 |
|
|
|
H = γ |
|
|
[f l |
|
] E t |
, |
(2.2) |
|
|
f 4 |
|
|||||||
|
γ f |
|
|
H |
1 H |
|
|
||
где |
– коэффициент |
надежности по полезной |
нагрузке, |
||||||
определяемый по [3] (γ f =1,2), |
|
|
|
|
|||||
[f |
/ lH ] |
– предельный прогиб [4], равный 1/120 при lH ≤ 1м, |
|||||||
1/150 при lH ≤ 3м (промежуточные значения по интерполяции).
Расчетную толщину углового шва, прикрепляющего настил к балкам, находят по формулам и принимают наибольшую:
k f = |
H |
|
k f |
= |
H |
|
|
|
β f Rwf γ wf γ c , или |
β z Rwzγ wzγ c , |
2.3) |
||||||
где β f , β z |
|
|
||||||
– коэффициенты, |
учитывающие |
глубину |
||||||
проплавления шва [2] (при ручной сварке β f |
= 0,7, β z = 1,0 ), |
|||||||
Rwf , Rwz – расчетные сопротивления угловых сварных швов, определяемые по СНиП [2],таблицы 3 и 56,
γ c ,γ wf ,γ wz – коэффициенты условий работы [2], п. 4*, 11.2*.
Катеты угловых швов следует принимать с учетом конструктивных требований СНиП [2], п. 12.8.
Рис.3. Стальной настил.
7
3. РАСЧЕТ БАЛОК НАСТИЛА
Балки настила проектируют из прокатных двутавров [1]. Расчет балок начинают с определения нагрузок. Погонная
нормативная нагрузка на балку настила определяется по формуле:
|
qH = ( pH + g H ) lH . |
(3.1) |
||
Расчетная погонная нагрузка на балку настила |
||||
определяется по формуле: |
|
|
|
|
|
q = ( |
γ f 1 pH |
+ γ f 2 g H ) lH , |
(3.2) |
где |
γ f 1 = 1,2, γ f 2 |
= 1,05 |
– коэффициенты надежности по |
|
нагрузкам, |
|
|
|
|
pH |
– нормативная полезная нагрузка, |
|
||
lH |
– пролет настила (шаг балок настила), |
|
||
g H |
= tH γ – нормативная нагрузка от веса настила |
|
||
γ =78,5 кН/м3 плотность стали.
По расчётной нагрузке определяется изгибающий момент:
M = |
ql2 |
, |
(3.5) |
|
|||
8 |
|
|
|
где l – пролет балок настила.
Затем находят требуемый момент сопротивления для балок из сталей с пределом текучести до 530 МПа по формуле:
Wтр = |
M |
(3.6) |
|
1,12Ryγ c |
|||
|
|
или для высокопрочных сталей по формуле:
W = |
M |
, |
(3.7) |
тр |
Ryγ c |
|
где Ry – расчетное сопротивление стали по пределу текучести
[2], табл.51*,
8
γ c – коэффициент условий работы [2], табл. 6*.
По сортаменту прокатных профилей находится номер профиля с моментом сопротивления, равным или больше требуемого. Рекомендуется использовать сортамент прокатных двутавров по ГОСТ 8239-72 или двутавров с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83 нормальной серии (обозначение Б).
Прочность подобранного сечения балок из стали с пределом текучести до 530 МПа проверяется по формуле:
σ = |
M |
≤ Ryγ c |
(3.8) |
|
|||
|
c1Wn |
|
|
или для высокопрочных сталей по формуле:
σ = |
M |
≤ Ryγ c , |
(3.9) |
|
|||
|
Wn |
|
|
где Wn – момент сопротивления сечения нетто.
c1 – коэффициент, учитывающий развитие пластических
деформаций по сечению, определяется по СНиП [2] п.5.18*,таб.66.
Делается проверка жесткости балок по формуле:
f = |
5qH l4 |
≤ [ f ] |
(3.10) |
|
384EI |
||||
|
|
|
где [f] – предельный прогиб; [f]=l/150l при l=3м, [f]=l/200l при l=6м, [f]=l/250l при l=24м (промежуточные значения определяются линейной интерполяцией).
4.РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ БАЛКИ
4.1.Определение нагрузок и расчетных усилий.
Вкурсовой работе балочной клетки рекомендуется запроектировать прокатные главные балки из двутавров с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83 (обозначение
Били Ш).
.
Расчетной схемой главной балки является разрезная балка
9
с шарнирами на опорах, нагруженная равномерно распределенной нагрузкой [1]. Нормативная погонная нагрузка на балку:
qH = ( pH + g H ) l , |
(4.1) |
где g H – нормативная постоянная нагрузка от массы
перекрытия и массы главной балки; масса главной балки ориентировочно принимается в размере 1 ÷ 2% от полезной нагрузки Pн.
Расчетная погонная нагрузка на балку:
q = (γ f1 pH + γ f2 g H ) l , |
(4.2) |
где g H =gп /lн +gн +(0,01 ÷ 0,02) Pн,
здесь gп – вес 1 погонного м балки настила, определяемый по сортаменту (линейная плотность),
lн – шаг балок настила,
gн - нормативная нагрузка от веса настила (см. 3.2).
Расчетный изгибающий момент в середине балки
определяется по формуле: |
|
|
|
|
|
|
M = |
|
qL2 |
. |
(4.3) |
||
8 |
||||||
|
|
|
||||
Расчетная поперечная сила на опоре: |
|
|||||
Q = |
qL |
. |
(4.4) |
|||
2 |
||||||
|
|
|
|
|||
4.2. Подбор сечения балки.
Главную балку проектируют из прокатных двутавров и рассчитывают по методике излоңенной в § 3.
Подбор сечения начинается с определения требуемого момента сопротивления:
для балок из сталей с пределом текучести до 530 МПа по
формуле
Wтр = |
M |
(4.5а) |
|
1,12Ryγ c |
|||
|
|
10