Проект балочной площадки

Министерство общего и профессионального образования РФ

Кафедра строительных конструкций

Курсовой проект по дисциплине

"Металлические конструкции"

2009 г.

Реферат

В курсовом проекте выбрана схема проектируемой балочной площадки; произведен расчет стального настила; подобраны и проверены балки настила; рассчитана наиболее нагруженная главная балка площадки; определены расчетные усилия и произведена компоновка сечения с наибольшим изгибающим моментом и на расстоянии  от опоры.

Произведена расстановка ребер жесткости и проверена местная устойчивость стенки. Рассчитана опорная часть балки, поясные швы. Произведен расчет монтажного стыка главной балки; наиболее нагруженной колонны; оголовка колонны; базы колонны.

Все расчеты произведены в соответствии с нормативной документацией.

 

 

Содержание

 

Исходные данные

1. Выбор схемы балочной клетки

2. Расчет стального настила

3. Компоновка балочной клетки

4. Определение высоты и размеров главной балки

5. Расчет соединения поясов со стенкой

6. Изменение сечения балки по длине

7. Правка местной и общей устойчивости элементов главной балки

8. Расстановка ребер жесткости

9. Расчет монтажного стыка главной балки

10. Расчет опорной части главной балки

11. Подбор и компоновка сечения сквозной колонны

12. Расчет базы колонны

13. Расчет оголовка колонны

Литература

Исходные данные

 

1.  Шаг колонн в продольном направлении, А = 15 м.

2.  Шаг колонн в поперечном направлении, В = 6 м.

3.  Габариты площадки в плане, 3А×3В.

4.  Отметка верха настила – 11 м.

5.  Величина полезной нагрузки, р = 22 кН/м².

6.  Допустимый относительный прогиб настила ¹/₂₀₀.

7.  Тип колонны: сквозная.

 

1. Выбор схемы балочной клетки

Балочная клетка представляет собой систему пересекающихся несущих балок, предназначенных для опирания настила перекрытий. В зависимости от схемы расположения балок балочные клетки подразделяются на 3 типа: упрощенные, нормальные и усложненные. В упрощенной балочной клетке нагрузка от настила передается непосредственно на балки, располагаемые параллельно короткой стороне перекрытия, затем на вертикальные несущие конструкции (стены, стойки). В балочной клетке нормального типа балки настила опираются на главные балки, а те на колонны или другие конструкции. В усложненной балочной клетке балки настила опираются на вспомогательные, которые крепятся к главным балкам.

Толщина настила зависит от полезной нагрузки:

при полезной нагрузке 10 кПа – t_н = 6 мм

при полезной нагрузке 10 – 20 кПа – t_н = 8 мм

при полезной нагрузке более 20 кПа – t_н = 10 мм.

Тип балочной клетки выбирают путем анализа различных вариантов, сравнивая расход металла, технологические требования.

2. Расчет стального настила

 

 

t_н – толщина настила; f – прогиб; l_н – допустимый пролет; а.б.н. – шаг балок настила

При временной распределенной нагрузке 22 кПа принимаем толщину настила 10 мм.

Толщина настила на изгиб с распором можно вычислить приближенно из условия заданного предельного прогиба по формуле:

 где

 

Е₁ – цилиндрическая жесткость настила.

При коэффициенте Пуассона ν = 0,3 (для стали) Е₁определяется по формуле:

 

3. Компоновка балочной клетки

Сравним 2 варианта компоновки балочной клетки:

I вариант.

Пролет главной балки делим на 19 промежутков по 78,9 см.

Определяем вес настила, зная, что 1м² стального листа толщиной 10 мм весит 78,5 кг.

g = 78,5 кг/м² = 0,785 кН/м²

Нормативная нагрузка на балку настила:

 

qⁿ = (pⁿ + gⁿ)·a = (22 + 0,785)·0,789 = 28,88 кН/м = 0,29 кН/см

Расчетная нагрузка на балку настила:

q = (n_p·pⁿ +n_g·gⁿ)·a = (1,2·22 + 1,05·0,785)·0,789 = 21,48 кН/м

Расчетный изгибающий момент для балки настила длинной 6 м:

Требуемый момент сопротивления балки:

Принимаем двутавр №30 по ГОСТ 8239–72, имеющий: I = 7080 см⁴, W =472, вес g = 36,5 кг/м, ширину полки 13,5 см.

Проверяем на прогиб:

 

f = (5/384)·ql⁴/EI

Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прогиба и прочности, т. к. W = 597 см³ > W_тр = 390,5 см³.

Общую устойчивость балок настила проверять не надо т. к. их сжатые пояса надежно закреплены в горизонтальном направлении приваренным к ним настилом.

Определяем расход металла на 1м² перекрытия: настил – 78,5 кг/м², балки настила g/a = 42,2/0,789 = 53,5 кг/м².

Весь расход металла: 78,5 + 53,5 = 132 кг/м² = 1,32 кН/м².

Рисунок 1 – Схема блочной клетки (нормальный вариант)

II вариант (усложненная компоновка)

 

Рисунок 2 – Схема блочной клетки (усложненный вариант)

Принимаем настил, как и в I варианте.

Расстояние между балками настила а = 600/8 = 75 см < 78 см.

Пролет балки настила l = 3,75 м.

Нормативная и расчетная нагрузка на нее:

q^н = (22 + 0,785)·0,750 = 17,1 кН/м = 0,171 кН/см.

q = (1,2·22 + 1,05·0,785)·0,75 = 20,42 кН/м

Расчетный изгибаемый момент и требуемый момент сопротивления балки

Примем I 20, имеющий: I = 1840 см⁴, W = 184 см³, g = 21 кг/м.

Проверяем только прогиб балки, т. к. W = 184 см³ > W_тр = 145 см³.

Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и прогиба.

Определяем нормативную и расчетную нагрузку на вспомогательную балку:

Определяем расчетный изгибающий момент и требуемый момент сопротивления вспомогательной балки:

Принимаем I 55, имеющий: I = 55150см⁴; W = 2000 см³

ширину и толщину полки

b = 18 см, t = 1,65 см, g = 89,8 кг/м

Т.к. W = 2000см³ > W_тр = 1873 см³, проверяем балку на прогиб

Затем проверяем общую устойчивость вспомогательных балок в середине пролета, в сечении с наибольшими нормальными напряжениями. Их сжатый пояс закреплен от поперечных смещений балками настила, которые вместе с приваренным к ним настилом образуют жесткий диск. В этом случае за расчетный пролет следует принимать расстояние между балками настила l₀ = 75 см.

Исходя из условий формулы

  в сечение l/2;

при τ = 0 и с₁ = с получаем

Подставляя значения δ в формулу, получаем:

Поскольку 5,62 > 4,17, принятое сечение удовлетворяет требованиям прочности, устойчивости и прогиба.

Суммарный расход металла

78,5 + 21/0,75 + 89,8/3,75 = 133,455 кг/м²

По расходу материала I вариант выгоднее.