Расчёт усложнённого типа балочной конструкции

Стр 1 из 2Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ДИСТАНЦИОННОГО И ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Дисциплина Металлические конструкции, включая сварку

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТА)

Тема Металлические балочные конструкции____________________________________________

__________________________________________________________________________________

Выполнил студент ________________________ / Ихонкин С.И./

подпись инициалы, фамилия

Курс IV

Направление Строительство_____________________________________________________

Руководитель к.т.н. Куканов Н.И._____________________________________________________

ученая степень, ученое звание __________________________________________________________________________________

фамилия, имя,отчество

Дата сдачи:

«___» ____________ 2018 г.

Дата защиты:

«___» ____________ 2018 г.

Оценка: _____________

Ульяновск
2018 г.

Содержание:

Задание по выполнению курсовой работы……………………………………..3

1. Расчёт настила для нормального типа компоновки балочной конструкции…………………………………………………………………..……..4

2. Расчёт балок настила для нормального типа компоновки балочной конструкции……………………………………………………………………..…..6

3. Расчёт усложнённого типа балочной конструкции……………………......11

4. Расчёт главной балки……………………………………………………..…15

5. Расчёт центрально-сжатой колонны……………………………………..…25

6. Расчёт базы колонны……………………………………………………..….26

7. Расчет оголовка колонны………………………………………….………...29

Список используемой литературы…………………………………………….30

Расчёт настила для нормального типа компоновки балочной конструкции

Исходя из исходных данных, назначаются 3 варианта шага балок настила в нормальном типе балочной конструкции:

Рис.1. Схема балочной конструкции нормального типа:

1 – колонна, 2 – главная балка, 3 – балка настила

Определяется предельное отношение пролёта настила к его толщине, учитывающее действие нормативной нагрузки на настил:

где n₀=150–обратная величина относительного погиба настила, которая определяется из таблицы 40.[1]; P^н=4,0 т/м²-нормативная нагрузка на настил.

Каждому назначенному шагу настила будет соответствовать своя толщина настила:

Найденные значения толщины настила уточняются с учетом дискретности сортамента на листовую сталь. Получаем:

t₁=0,01(м);

t₂=0,014(м);

t₃=0,025(м).

Результаты заносятся в таблицу 1.

Расчёт балок настила для нормального типа компоновки балочной конструкции

1).Определим расчётную нагрузку на балку настила для первого варианта:

где γ_f₁ – коэффициент перегрузки при действии временной нагрузки,γ_f₁ = 1,2, γ_f₂ – коэффициент перегрузки при действии постоянной нагрузки,γ_f₂ = 1,05, вес 1 м² настила, зависящий от его толщины:

где удельный вес стали.

Определим расчётный изгибающий момент:

гдеВ – пролёт балки настила, равный поперечному шагу колонн, В=9 м.

Определим требуемый момент сопротивления сечения балки:

где R_y – расчётное сопротивление при изгибе, принимаемое по таблице 51 [4], для стали марки С235 R_y = 23 МПа,γ_С – коэффициент условий работы, принимаемый по таблице 6 [4], равный 0,95, с₁ – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в полке и в стенке балки настила, предварительно принимаемый 1,1.

По требуемому моменту сопротивления сечения балки из сортамента подбирается ближайший двутавр, который будет иметь W_Ф – фактический момент сопротивления сечения балки. Принимаем двутавр № 50Б1 имеет W_Ф = 1511 см³.

Для подобранного двутавра определяется отношение площади полок к площади стенки А_f/ A_ω, в зависимости от которого по таблице 66 [4] находится значение коэффициента с₁.

Тогда с₁=1,11.

Проверим фактическое напряжение в балке настила:

Затем уточним нормативную нагрузку, приходящуюся на балки настила, которая принимается без учёта коэффициентов перегрузки:

Определим относительный прогиб балки настила:

;

где I_X – момент инерции подобранной балки настила, ; – относительный допускаемый прогиб.

Произведём расчёт балок настила ещё для двух вариантов по этому же алгоритму:

2) Определим расчётную нагрузку на балку настила для второго варианта:

Определим расчётный изгибающий момент:

Определим требуемый момент сопротивления сечения балки:

По требуемому моменту сопротивления сечения балки из сортамента подбирается ближайший двутавр, который будет иметь W_Ф – фактический момент сопротивления сечения балки. Двутавр № 55Б2 имеет W_Ф = 2296 см³ и

Находим значение отношения площади полок к площади стенки
А_f/ A_ω и коэффициента С₁:

Тогда С₁ = 1,1.

Проверим фактическое напряжение в балке настила:

Уточним нормативную нагрузку, приходящуюся на балки настила:

Определим относительный прогиб балки настила:

3)Определим расчётную нагрузку на балку настила для третьего варианта:

Определим расчётный изгибающий момент:

Определим требуемый момент сопротивления сечения балки:

Находим значение отношения площади полок к площади стенки
А_f/ A_ω и коэффициента С₁:

Тогда С₁ = 1,11.

Проверим фактическое напряжение в балке настила:

Уточним нормативную нагрузку, приходящуюся на балки настила:

Определим относительный прогиб балки настила:

Таблица 1

Результаты расчётов по 3 вариантам балочной конструкции

№	Шаг балок настила, м	Толщина настила, мм	Вес 1 м²настила,	Момент , номер двутавра	Линейная плотность двутавра,	Вес 1 м²балочной конструкции
1	0,6	10	78.5	1511 №50Б1	73	200,17
2	1,0	14	109,9	2296 №55Б2	97,9	207,8
3	1,8	25	196,25	4187 №70Б2	144,2	276,36

Расчёт усложнённого типа балочной конструкции

В отличие от нормального типа компоновки балочной конструкции, в которой балка настила располагается в плане перпендикулярно главным балкам, в усложнённом типе балочной конструкции балки настила располагаются параллельно главным балкам.

Рис.2. Схема балочной конструкции усложнённого типа:

1 – колонна, 2 – главная балка, 3 – вспомогательная балка, 4 – балка настила

Толщину и пролёт настила в усложнённом типе балочной конструкции принимают по наиболее экономичному варианту нормального типа (см. табл. 1)

В усложнённом типе компоновки балочной конструкции имеются вспомогательные балки и балки настила.

1) Расчёт балок настила.

Пролёт балок настила принимается равным:

где n – число пролётов балок настила, n=6.

Определим расчётный изгибающий момент:

Определим требуемый момент сопротивления сечения балки:

Тогда с₁ = 1,09.

Проверим фактическое напряжение в балке настила:

Определим относительный прогиб балки настила:

2) Расчёт вспомогательных балок.

Определим нормативную нагрузку, действующую на вспомогательную балку:

Определим расчётную нагрузку, действующую на вспомогательную балку:

гдеq_НАС – вес 1 м² экономичного варианта настила (см. табл. 1);G_БН – линейная плотность подобранного двутавра балки настила для усложнённого типа компоновки балочной конструкции.

Находим максимальный изгибающий момент:

Определяется требуемый момент сопротивления сечения вспомогательной балки:

Из сортамента подбирается ближайший номер двутавра. Двутавр № 90Б1 имеет W=6817,0cм³.

Для подобранного двутавра определяется соотношение А_f /А_ω :

Тогда c₁ = 1,14.

Зоны чистого изгиба нет, так как нагрузки от балок настила на вспомогательную балку расположены настолько близко друг от друга, что их можно принять за равномерно распределенную нагрузку. Проверим напряжение во вспомогательной балке:

Проверяется общая устойчивость вспомогательной балки:

Затем найдём предельное отношение расчётной длины участка вспомогательной балки к ширине её пояса. Это отношение, если нет зоны чистого изгиба, находится по формуле:

где l_ef – расчётная длина участка вспомогательной балки,l_ef = l_H – b_f = 30,0cм;b, t – соответственно ширина и толщина верхнего пояса вспомогательнойбалки, b=300 мм, t = 18,5 мм;h – расстояние между центрами тяжести поясов вспомогательной балки,h = 893 мм;b_f – ширина верхнего пояса балки настила, b_f= 300 мм;δ-коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций:

Определим вес 1 м² балочной конструкции усложнённого типа:

Данный вариант является наиболее экономичным.

Расчёт главной балки

Определим нагрузку, приходящуюся на главную балку:

гдк вес 1 м² экономичного варианта балочной конструкции усложнённого типа.

Определим расчётный изгибающий момент:

Поперечная сила:

Определим требуемый момент сопротивления сечения главной балки:

1) Подбор сечения главной балки:

Сечение главной балки принимается двутавровое из трёх листов, которые соединены между собой сварными швами. Для определения толщины стенки главной балки предварительно зададимся её высотой:

Определим толщину стенки:

Найденное значение толщины стенки уточняется и в дальнейших расчётах принимается с учётом толщин листов листовой стали.

Затем найдём оптимальную высоту главной балки:

где k =1,1 – коэффициент, учитывающий сварной вариант изготовления главной балки.

Из условия жёсткости определим минимальную высоту балки:

где [l/f] = 400 – обратная величина относительного прогиба;q^H – нормативная нагрузка на главную балку без учёта коэффициента перегрузки;q^Р – расчётная нагрузка.

Высота стенки должна назначаться из условия дискретности сортамента на листовую прокатную сталь, принимаем

При назначении высоты главной балки нужно учитывать сопряжения балок настила с главной балкой и сравнить полученный размер строительной высоты перекрытия с заданным размером.

Так как заданная строительная высота перекрытия h_стр = 1,8 м, то

Определим толщину стенки главной балки из условия её работы на срез:

где R_S = 0,58 R_y .

Принимаем исходя из сортамента.

Определим требуемый момент инерции балки:

где

Момент инерции стенки главной балки равен:

Рис.3. Сечение главной балки

Определим момент инерции, приходящийся на пояса балки:

Балка принимается симметричного сечения. В таком случае требуемая площадь одного пояса равняется:

По найденной площади пояса определяется ширина b_f и толщина поясов t_f из условия местной устойчивости сжатого пояса и общей устойчивости:

Принимаем b_f = 900 мм;

t_f = 55 мм;

Тогда А_f=90*5,5=495 см²;

h_ω = 1650 мм;

h_ГБ = 1760 мм.

Так как толщина и ширина листов пояса и стенки подбираются по сортаменту, то фактический момент сопротивления отличается от требуемого.

Проверяется общая устойчивость главной балки:

Условия удовлетворяются.

Устойчивость стенок балок на требуется проверять, если при выполнении условия п. 5.14 [4] условная гибкость стенки не превышает значения 3,5:

Следовательно, поперечные рёбра жёсткостине требуются, а устанавливаются конструктивно с шагом 3 м.

2) Расчёт опорного узла.

Определим требуемую площадь опорного ребра из условия работы на смятие:

где R_P – расчётное сопротивление выбранной марки стали смятию, находится по табл. 52 [4].

Ширина опорного ребра не должна быть меньше 180 мм и больше ширины пояса главной балки.

Толщина опорного ребра определяется в зависимости от требуемой площади ребра при работе на смятие.

Так как ребро к стенке главной балки крепится на сварке, то в работу опорного ребра на изгиб включается и часть стенки на длине

Рис.3. Опорный узел

Определим площадь сечения опорного ребра, которая работает на изгиб:

Определим напряжение изгиба в опорном ребре:

где φ = 0,986, – коэффициент снижения напряжения при продольном изгибе, который определяется из табл.72 [1] в зависимости от гибкости ребра:

где i_r_х – радиус инерции ребра: ; I_rs – момент инерции ребра: ;

3) Расчёт узла сопряжения второстепенных балок с главной.

Так как мы проектируем усложнённый вариант металлической балочной конструкции, то установим крепление второстепенных балок к ребру жёсткости главной балки болтами нормальной точности.

Из табл.58 [1] возьмём расчётные сопротивления болтов срезу:

R_bs = 330 МПа.

Из табл.59 [1] возьмём расчётные сопротивления болтов смятию:

R_un = 485 МПа.

Коэффициент работы болтового соединения γ_b = 1 принимается по табл. 35 [4].

Предварительно назначим диаметр болтов d_b = 24 мм и диаметр отверстий для них d₀ = 27 мм.

Несущая способность одного болта проверяется на срез и на смятие: