Стальные конструкции балочной площадки

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ 

«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ТГАСУ)

 

Факультет ЗФ

Кафедра  «металлических и деревянных конструкций»

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ №1

 

По дисциплине: «металлические и деревянные конструкции»

НА ТЕМУ: «Стальные конструкции балочной площадки»

 

 

 

 

Выполнил:

Принял: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск-2013 г.

 

Вариантное проектирование

Балочная клетка

1. Компоновка и выбор типа  балочной клетки.

Балочная клетка представляет собой систему перекрёстных балок перекрытия, служащих для передачи нагрузок на опоры (колонны, стены), и  состоит из главных и вспомогательных  балок, на которые опирается настил.

Балочная клетка нормального типа состоит из главных балок и вспомогательных, называемых балками настила.

Балочная клетка усложненного типа состоит из главных  балок и двух вспомогательных: балок  настила и второстепенных.

В данной работе все типы балок принимаются разрезными. Балки настила и второстепенные выполняют прокатными, а главные – сварного составного сечения.

Выбор варианта компоновки выполняют по удельному  показателю (кг/м²) расхода металла на настил и вспомогательные балки. При незначительном отличии (5-10%) этого показателя принимают вариант с меньшим числом вспомогательных балок.

 

2. Стальной настил  балочной клетки.

Настил выполняется  из стального листа толщиной 6-16 мм.

Заданная временная  нагрузка g_n = 22кН/м²; пролет главной балки l_m = 14м.

Предварительно  пролёт настила принимаем1м, определяем норму прогиба n₀ = 120.

Определяем толщину  настила t_н = 6,4мм

Определяем пролет настила по формуле:

Требуемое число шагов балок  настила

; К = 15,определяем шаг балок настила, кратный пролёту главной балки l_m:

.

 

3. Выбор марки  стали

Материал настила и балок – С275. Материал колонн – С235.

Расчетные сопротивления  стали:

Настил (листы 4-10 мм) R_yn = 27,5 кН/см²;

                                          R_un = 38 кН/см²;

                                          R_y = 27 кН/см²;

                                          R_u R_p = 37 кН/см²;

                                          R_s = 15,5 кН/см²;

 

Колонны, балки (фасон 11-20 мм) R_yn = 24,5 кН/см²;

                                                          R_un = 37 кН/см²;

                                                         R_y = 24 кН/см²;

                                                          R_u R_p = 36 кН/см²;

                                                          R_s = 14 кН/см²;

Связи (лист ≤20 мм) R_yn = 23,5 кН/см²;

                                    R_un = 36 кН/см²;

                                    R_y = 23 кН/см²;

                                    R_u R_p = 35 кН/см²;

                                    R_s = 13.5 кН/см².

 

4. Расчет балок настила

Толщина настила t_н = 6,4мм, шаг балок настила а_бн = 93,3см, временная нормативная нагрузка g_n = 22кН/м².

- постоянная нормативная нагрузка  от веса настила (плотность  стали ρ = 7850кг/см³ = 78,5кН/м³):

;

- временная нормативная:

;

- расчетная:

.

 

5. Подбор сечения балки

- по условию прочности:

;

;

;

- по жесткости:

;

;

;

При условиях W_x≥W_ТР, J_x≥J_ТР выбираем номер двутавра – 45.

 

6. Определение  расхода стали

Расход стали  на единицу площади перекрытия (удельный показатель кг/м²) для балочной клетки нормального типа:

При расчете главной балки постоянная нормативная нагрузка составит Р_n = 1,21кН/м².

 

Расчет и конструирование главной  балки

Главная балка

 

1. Подбор сечения

 

l_m×l_s = 14×9м. Постоянная нормативная нагрузка Р_n = 1,21кН/м², q_n = 21,573Н/м², сталь марки С275, климатический район II5 (t>-30).

 

1.1 Сбор нагрузок:

- нормативная  погонная 

;

- расчетная

.

 

1.2 Максимальные усилия:

,

.

Принимая гибкость стенки , рассчитываем балку по упругой стадии работы материала.

 

1.3 Требуемый момент сопротивления сечения:

.

 

1.4 Высота балки:

- оптимальная  высота балки по условию минимума  её массы

,

,

- минимальная высота по условию  жесткости

, где n₀ = 250 – норма прогиба главной балки.

Высоту балки принимаем по h_opt. Согласно ГОСТ ближайший размер ширины стандартного листа 1800мм, его и принимаем за высоту стенки h_w = 1800мм.

 

1.5 Толщина стенки балки

- из условия  среза стенки в опорном сечении

,

- из условия принятой гибкости  стенки

.

По ГОСТ принимаем толщину стенки t_w = 11мм > 6мм. Сечение стенки

h_w× t_w = 1800×11мм.

При этом условие

Выполняется для расчета балки  по упругой стадии.

 

1.6 Сечение поясов  балки определяем по 

,

.

Принимаем b_f = 560мм, t_f = 20мм.

Условие устойчивости сжатого пояса

Условие выполняется.

Окончательно  сечение стенки и поясов принимаем:

стенка h_w× t_w = 1800×11мм, пояса b_f × t_f = 560мм × 20мм.

 

1.7 Проверка прочности  подобранного основного сечения  балки:

;

;

;

;

26,57 кН/см²> R_y = 27кН/см².

 

 

2. Изменение сечения по длине  балки

R_wy = 0,85R_y

 

2.1 Задаёмся в пределах рекомендуемых  значений (1/5-1/6)l_m местом изменения сечения, принимая расстояние от опоры

.

Изгибающий момент и поперечная сила в месте изменения сечения

;

 

2.2 Требуемые моменты сопротивления  W_ТР и инерции J_ТР изменённого сечения определяем, принимая расчётное сопротивление стыкового шва

 

2.3 Требуемая ширина пояса  b_1ТР измененного сечения

По таблице принимаем b_1f = 300мм.

Окончательно  изменённое сечение балки:

Стенка h_w× t_w = 1800×11мм, пояс b_1f× t_f = 300×20мм.

 

2.4 Геометрические характеристики  измененного сечения:

 

2.5 Проверка прочности на совместное  действие М₁ и Q₁ по приведённым напряжениям в месте изменения сечения:

нормальные и касательные напряжения в стенке на уровне поясных швов:

 где

Условие прочности выполняется.

 

2.6 Проверка прочности изменённого  сечения по касательным напряжением в опорном сечении:

где S₁ – статический момент полусечения:

.

Прочность обеспечена.

 

3. Проверка прочности и общей устойчивости балки

 

3.1 Проверка прочности балки по основному сечению

- По нормальным напряжениям по сечению в середине пролёта:

- по касательным напряжениям  в опорном сечении:

 

3.2 Проверка общей устойчивости  балки

а_бн= 107,7см

Так как ширина полки балки измененного сечения (b_1f = 38см) меньше, чем для основного сечения (b_f = 50), то проверку достаточно провести только для измененного сечения с параметрами:

 

Убедимся, что условия выполняются

 и см.

Общая устойчивость балки обеспечена.

 

4. Проверка местной  устойчивости элементов балки

 

4.1 Местная устойчивость  сжатого пояса будет обеспечена  при условиях:

для упругой балки

Условие выполняется.

 

4.2 Проверка местной  устойчивости стенки балки.

l_m = 1400см; сечение стенки 160×1,1см; шаг балок настила а_бн = 107,7см; расчётная погонная нагрузка q = 2,26кН/см.

4.2.1 Условная  гибкость стенки 

 при 

Стенку необходимо укреплять поперечными  рёбрами жёсткости.

4.2.2 Проверку выполняем в отсеке  с изменением сечения. Поскольку  а_бн<h_w, то расчетное сечение для определения усилий М и Q в стенке отсека принимаем посередине отсека с расстоянием от оси опоры балки х = 215,4см.

4.2.3 Действующие усилия и напряжения  в расчетном сечении отсека

4.2.4 Критические нормальные  σ_cr и касательные τ_cr напряжения

Отсюда С_cr = 31,75

тогда

,

где d = 93,3 см – меньшая сторона отсека; μ – отношение большей стороны отсека к меньшей:

Условие устойчивости стенки отсека выполняется.

 

4.2.5 Соединение поясов балки со стенкой

В сварных балках пояса соединяются  со стенкой непрерывными сварными угловыми швами одинаковой высоты катета по всей длине балки, препятствуя сдвигу пояса относительно стенки. Эти швы выполнены двусторонней полуавтоматической сваркой в лодочку.

В зависимости от марки стали  балки подбираем тип сварочной проволоки – СВ-08А. R_wf = 18кН/см² - величина расчетного сопротивления углового шва. Коэффициенты провара β_f = 0,9; β_z = 1,05. Коэффициенты условия работы сварных швов γ_wf  = 1, γ_wz = 1.

Определяем расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу границы сплавления

Рассчитаем поясные швы по сдвигающему  усилию пояса Т на единицу длины от максимальной поперечной силы Q_max в опорном сечении балки. n = 2 – при двусторонних швах.

Требуемая высота катета шва

- меньшее из двух значений или ;