Металлические контсрукции

СОДЕРЖАНИЕ

 

Исходные данные 2

1. Расчет и конструирование стальной  балочной клетки 2

          1.1  Расчет  балочной клетки, вариант №1 (нормальный  тип) 2

          1.2  Расчет  балочной клетки, вариант №2 (усложненный  тип) 3

          1.3  Расчет  балочной клетки, вариант №3 (усложненный тип) 6

          1.4  Выбор  рациональной схемы балочной  клетки 9

2.  Расчет и конструирование  главной балки 10

          2.1  Подбор  сечения главной балки 10

          2.2  Проверка  несущей способности главной балки 12

          2.3  Изменение сечения пояса главной балки 13

          2.4  Расчет ребер жесткости 14

3.  Расчет и конструирование  стыков на высокопрочных болтах 15

          3.1  Расчет  и конструирование стыков поясов  главной балки 15

          3.2  Расчет  и конструирование стыка стенок главной балки 17

4.  Расчет и конструирование  опорных диафрагм жесткости 17

5.  Расчет и конструирование  центрально-сжатой колонны 18

          5.1  Выбор  типа сечения колонны 18

          5.2  Расчет и конструирование планок 19

          5.3  Расчет и конструирование оголовка колонны 20

          5.4  Расчет и конструирование базы колонны 21

Список использованной литературы 23               

 

1. Расчет и конструирование стальной  балочной клетки

 

1.1  Расчет балочной  клетки

 

Для начала выбираем марку стали из которой будет выполнятся балочная клетка. По СНиП II-23-81* “Стальные конструкции” принимаем сталь марки ВСт 3пс-6-1 Ту 14-1-3023-80^*, толщиной проката t = 11 - 20 мм.

Листовая R_y = 23,5 кН/см² R_и = 36,5 кН/см² R_s = 0,58R_y

Фасонная R_y = 24,5 кН/см² R_и = 35,5 кН/см² R_s = 13,63 кН/см²

 

Вариант №1 (нормальный тип)

 

 

 

Рис.1 Балочная клетка (вариант №1 нормальный тип)

 

 

Временно распределенная нагрузка P^н = 24 кН/м²

Толщина настила t_н = 12 мм.

Вес настила q_н = 0.942 кН/м

Марка стали: ВСт 3пс-6-1 Ту 14-1-3023-80^*

Расчетное сопротивление  стали (фасонный прокат) R_y = 24,5 кН/см²

Ширина балки настила =1000мм.

 

Рис.2 Расчетная схема балки настила

 

1. Рассчитываем нормативную погонную нагрузку

 

1,02 (24+0.942) 1 = 25.44 кН/м = 0,2544 кН/см

 

Рассчитываем расчетную погонную нагрузку

 

= 1,02 ( 24 1,2 + 0.942 1,1) 1 = 33,433кН/м

 

2. Максимальный момент

 

= = 160.72 кНм = 16072 кНсм

3. Максимальная поперечная сила

 

= =98.9 кН

 

4. Подбираем требуемый момент сопротивления

 

= см³.

 

С_x – коэффициент пластичности = 1,12;  γ_с – коэффициент условия работы = 1.

Согласно ГОСТ 26020-83^* ,принимаем двутавровую балку:

№1 35Б1   = 581,7 см³, I_x = 10060 см⁴,    g_доп = 38,9 кг/м.

                   h =34,6 см.              b=15,5 см.           t=0,85 см

 

Проверяем принятый двутавр по фактическому напряжению:

 

= кН/м²  (перенапряжение 0,7%)

       

 

 Проверка по прогибу:

 

- допустим

 

Допустимый прогиб:

 

 

Вес 1 м² перекрытия:

    

1.2 Расчет балочной клетки

Вариант №2 (усложненный тип)

 

Рис.3 Балочная клетка (вариант №2 усложненный тип)

 

Временно распределенная нагрузка P^н = 24 кН/м²

Толщина настила t_н = 14 мм.

Вес настила q_н = 1.1 кН/м

Марка стали: ВСт 3пс-6-1 Ту 14-1-3023-80^*

Расчетное сопротивление  стали (фасонный прокат) R_y = 24,5 кН/см²

Ширина балки настила =1300мм.

 

Рис.4 Расчетная схема балки настила

 

 

    1)Рассчитываем нормативную погонную нагрузку

 

1,02 (24+1,1) 1,3 = 33,28 кН/м.п. = 0,3328 кН/см

 

Рассчитываем расчетную погонную нагрузку

 

= 1,02 ( 24 1,2 + 1,1 1,1) 1,3 = 39,8 кН/м

 

2)   Максимальный момент

 

= =100,73 кНм

3. Максимальная поперечная сила

 

= = 89,53 кН

 

Подбираем требуемый момент сопротивления

 

      = см³.

 

С_x – коэффициент пластичности = 1,12;  γ_с – коэффициент условия работы = 1.

Согласно  ГОСТ 26020-83^* ,принимаем двутавровую балку:

№1  26Б2   = 356 см³, I_x = 4654 см⁴,    g_доп = 31,2 кг/м.

                   h =26,1 см.              b=12,0 см.           t=1,0 см

 

Проверяем принятый двутавр по фактическому напряжению:

 

     = кН/м² (перенапряжение 3%)

 

 

 Проверка по прогибу: 

 

- допустим

 

Допустимый прогиб:

 

 

Расчет вспомогательной  балки:

 

Временно распределенная нагрузка P^н = 24 кН/м²

Толщина настила t_н = 14 мм.

Вес настила q_н = 1.1 кН/м

Вес балки настила q_б.н. = 0.312 кН/м

Марка стали: ВСт 3пс-6-1 Ту 14-1-3023-80^*

Расчетное сопротивление  стали (фасонный прокат) R_y = 24,5 кН/см²

Ширина балки настила =4500мм.

 

 

 

Рис.5 Расчетная схема балки настила

 

  1)Рассчитываем нормативную погонную нагрузку:

 

1,02 (24+1,1+0,312) 4,5 = 116,64 кН/м.п.

 

Рассчитываем расчетную погонную нагрузку:

 

=1,02 (24 1,2+(1,1+0,312) 1,1) 4,5=

=139,32 кН/м.п.

 

2)  Максимальный момент

 

= = 735,78 кНм

3. Максимальная поперечная сила

 

= = 452,79 кН

 

 Подбираем требуемый момент сопротивления:

 

= см³.

 

С_x – коэффициент пластичности = 1,12;  γ_с – коэффициент условия работы = 1.

Согласно  ГОСТ 26020-83^* ,принимаем двутавровую балку:

№2  60Б1   = 2656 см³, I_x = 78760 см⁴,    g_доп = 106,2 кг/м.

                   h =59,3 см.              b=23,0 см.           t=1,55 см

 

Проверяем принятый двутавр по фактическому напряжению:

 

     = кН/м²  (перенапряжение 0.1%)

 

 

 Проверка по прогибу: 

 

- допустим

 

Допустимый прогиб:

 

 

Вес 1 м² перекрытия:

 

 

1.3  Расчет балочной клетки

Вариант №3  (усложненный тип)

 

 

 

Рис.6 Балочная клетка (вариант №3 усложненный тип)

 

 

Временно распределенная нагрузка P^н = 24 кН/м²

Толщина настила t_н = 14 мм.

Вес настила q_н = 1.1 кН/м

Марка стали: ВСт 3пс-6-1 Ту 14-1-3023-80^*

Расчетное сопротивление стали (фасонный прокат) R_y = 24,5 кН/см²

Ширина балки настила =1300мм.

 

 

Рис.7 Расчетная схема балки настила

 

Рассчитываем нормативную погонную нагрузку:

 

1,02 (24+1,1) 1 = 33,28 кН/м.п.

 

Рассчитываем расчетную погонную нагрузку:

 

= 1,02 ( 24 1,2 + 1,1 1,1) 1,3 = 39,8  кН/м.п.

 

2)   Максимальный момент:

 

= = 64,476  кНм

3. Максимальная поперечная сила

 

= = 71,64 кН

 

Подбираем требуемый момент сопротивления

 

= см³.

 

С_x – коэффициент пластичности = 1,12;  γ_с – коэффициент условия работы = 1.

Согласно  ГОСТ 8239-89^* ,принимаем двутавровую балку:

№1  22       = 232 см³, I_x = 2550 см⁴,    g_доп = 24,0 кг/м.

                   h =22,0 см.              b=11,0 см.           t=0,87 см

 

Проверяем принятый двутавр по фактическому напряжению:

     = кН/м²  (перенапряжение 1.3%)

 Проверка по прогибу: 

- допустим

Допустимый прогиб:

Расчет вспомогательной  балки:

 

Временно распределенная нагрузка P^н = 24 кН/м²

Толщина настила t_н = 14 мм.

Вес настила q_н = 1.1 кН/м

Вес балки настила q_б.н. = 0.24 кН/м

Марка стали: ВСт 3пс-6-1 Ту 14-1-3023-80^*

Расчетное сопротивление стали (фасонный прокат) R_y = 24,5 кН/см²

Ширина балки настила =3600мм.

 

 

Рис.8 Расчетная схема балки настила

  1)Рассчитываем нормативную погонную нагрузку:

 

1,02 (24+1,1+0,24) 3,6= = 3кН/м.п

 

Рассчитываем расчетную погонную нагрузку:

 

=1,02 ( 24 1,2 + (1,1+0,24) 1,1) 3,6=111,17кН/м.п.

 

2) Максимальный момент:

 

= = 587.1 кНм

3)  Максимальная поперечная сила 

 

= =361,3 кН

 

   Подбираем требуемый момент сопротивления

 

= см³.

 

С_x – коэффициент пластичности = 1,12;  γ_с – коэффициент условия работы = 1.

Согласно  ГОСТ 26020-83^* ,принимаем двутавровую балку:

№2  55 Б1       = 2051 см³,     I_x = 55680 см⁴,    g_доп = 89,0 кг/м.

                         h =54,3 см.              b=22,0 см.           t=1,35 см

 

Проверяем принятый двутавр по фактическому напряжению:

 

     = кН/м²  (перенапряжение 4.3%)

 

 

 Проверка по прогибу: 

 

- допустим

 

Допустимый прогиб:

 

 

Вес 1 м² перекрытия:

 

 

1.4 Выбор рациональной схемы балочной клетки

 

Таблица 1

Сводная таблица расхода  стали на ячейку

№ варианта	Расход стали			Кол-во типоразмеров на ячейку	Кол-во монтажных единиц
	на 1 м	на ячейку AxB	%
1 норм. тип	133,1	15572,7	100	1	18
2 усложнен.	157,6	18439,2	118,4	2	24
3 усложнен.	153,2	17924,4	115,1	2	30

 

К дальнейшей разработке принимаем  второй вариант балочной клетки, по минимальной трудоемкости изготовления и монтажа.

 

 

2. Расчет и конструирование главной балки

 

2.1 Подбор сечения главной  балки

 

 

Временно распределенная нагрузка P^н = 24 кН/м²

Толщина настила t_н = 14 мм.

Вес настила q_н = 1.1 кН/м

Вес балки настила q_б.н. = 0.312 кН/м

Вес вспомогательной  балки q_вс.б. = 1.062 кН/м

Марка стали: ВСт 3пс-6-1 Ту 14-1-3023-80^*

Расчетное сопротивление  стали (фасонный прокат) R_y = 24,5 кН/см²

Ширина балки настила =6500мм.

 

1. Рассчитываем нормативную погонную нагрузку главной балки:

 

1,04 (24+1.1+0.312+1.062) 6,5 = 178,96  кН/м

 

2. Рассчитываем расчетную погонную нагрузку главной балки:

 

=1,04 (24 1,2+(1.1+0.312+1.062) 1,1)

6,5 = 213,085кН/м

 

3. Максимальный момент:

 

= 8629,94 кНм

 

4)  Максимальная поперечная сила:

 

= = 1917,765 кН

 

5) Определяем требуемый момент сопротивления главной балки:

 

= см³.

 

γ_с – коэффициент условия работы = 1.

 

Из условия экономичности вычисляем оптимальную высоту балки:

 

, где k – коэффициент для сварных балок постоянного сечения k = 1,1;   t_ω – толщина стенки из расчета:

 

7+3x1.8 = 12,4 мм, принимаем 12 мм.

 

Из условия экономичности  вычисляем оптимальную высоту балки:

 

1,1 = 192,43 см.

 

Из условия обеспечения требуемой  жесткости высота балки должна быть не менее h_min

 

143,8 см.

 

Окончательно принимаем высоту балки 200 см.

 

Толщину пояса t_f принимаем равной (2,5 – 3) от толщины t_ω, отсюда:

 

  t_f = (2,5 – 3) t_ω = 3 – 3,6

 

 задаемся t_ω = 3,6 см, отсюда h_ω = 200 – (7,2+1) = 191,8см.

 

 

 

 

Проверяем прочность  стенки на срез на опоре:

= = 0,88 см.

Проверяем по местной  устойчивости без развития пластических деформаций:

см

 

Определим требуемый момент инерции:

  = 36723 = 3672315 см⁴,

Момент инерции:

 см⁴

 

Момент инерции, приходящийся на поясные листы:

 

 

 

 см⁴

 

Через вычислим требуемую площадь сечения поясов балки:

 

153,8 см²   

 

Где = h- = 200-3,6=196,4

 

Принимаем пояса из универсальной  стали ГОСТ82-70* t , .