Проектирование стальных конструкций балочных перекрытий

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Строительство


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Строительные конструкции и технологии строительства»

Курсовой проект

Металлические конструкции

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ БАЛОЧНЫХ ПЕРЕКРЫТИЙ

Выполнил: студент ПГСз-09 Захарова Ю. Н.

Проверил доцент Вихрева Н. Е.

Братск 2015

Содержание

  • Бланк задания
  • Введение
  • 1. Выбор типа балочной клетки
  • 1.1 Первый вариант — балочная клетка нормального типа
  • 1.1.1 Расчет стального настила
  • 1.1.2 Расчет балки настила
  • 1.2 Второй вариант — балочная клетка усложненного типа
  • 1.2.1 Расчет балки настила
  • 1.2.2 Расчет вспомогательной балки
  • 1.3 Сравнение вариантов двух балочных клеток
  • 2. Расчет и конструирование главной балки
  • 3. Расчет и конструирование колонны
  • 3.1 Расчет и конструирование оголовка колонны
  • 3.2 Конструирование и расчет базы колонны
  • Заключение
  • Список использованных источников

Бланк задания

Шаг колонн в продольном направлении, L=16м.

Шаг колонн в поперечном направлении, В=6м.

Отметка верха настила, Н=7,5 м.

Строительная высота перекрытия, hстр=2,3 м.

Временная равномерно-распределенная нормативная нагрузка, Р=24кН/м2.

Материал конструкций:

конструкции балочной клетки — сталь марки С245;

фундамент, тяжелый бетон класса В12,5.

Допустимые относительные прогибы:

стального настила,;

балок настила и вспомогательных балок,;

главной балки,.

Тип соединения главной балки и колонны — сварка.

Тип соединения укрупнительного стыка главной балки — сварка

Тип сечения колонны: сплошная.

Тип базы колонны: шарнирная.

Введение

Балки являются основным и простейшим конструктивным элементом, работающим на изгиб. Их широко применяют в конструкциях гражданских, общественных и промышленных зданий, в балочных площадках, междуэтажных перекрытиях, мостах, эстакадах, в виде подкрановых балок производственных зданий, в конструкциях гидротехнических шлюзов и затворов и в других сооружениях.

Широкое распространение балок определяется простотой конструкции изготовления и надежностью в работе.

Целью данного курсового проекта является приобретение первых навыков в проектировании металлических конструкций.

Проект балочной площадки выполняется в три этапа:

1. Сравнение вариантов.

2. Расчет и конструирование главной балки.

3. Расчет и конструирование центрально сжатой колонны.

Этапы завершаются разработкой рабочих чертежей металлических конструкций стадии КМД.

1. Выбор типа балочной клетки

1.1 Первый вариант — балочная клетка нормального типа

1.1.1 Расчет стального настила

В зависимости отРн=24кН/м2 принимаем толщину настила tн=12мм.

Таблица 1 — Зависимость толщины настила в зависимости от интенсивности внешней нагрузки:

кН/м2

10

11 ч 20

21 ч 30

30

мм

6 ч 8

8 ч 10

10 ч 12

12 ч 14

Далее из условия жесткости конструкции определяем ориентировочный шаг балок настила по формуле:

, (1. 1)

;

Принимаем lн=100см=1м, что кратно L=16м.

1.1.2 Расчет балки настила

Определяем нормативную и расчетную погонную нагрузки на балку настила по формулам (1. 4) и (1. 5):

, (1. 4)

, (1. 5)

где — интенсивность нормативной временной нагрузки,;

— вес 1мІ настила, определяемые по прил. 19 [1]

;

— шаг балок настила, который является одновременно шириной грузовой площади, с которой балка настила воспринимает нагрузку, м.

— коэффициент надежности для временной нагрузки;

— коэффициент надежности для постоянной нагрузки

,

.

Расчетный максимальный момент и поперечная сила определяем с учетом собственного веса балки по формулам (1. 6) и (1. 7):

, (1. 6)

, (1. 7)

где

=1,02ч1,03 — коэффициент, учитывающий увеличение момента от веса балки.

— длина балки настила, 6 м.

,

.

По условию прочности определяем требуемый момент сопротивления сечения балки согласно п. 5. 18 [2] определяется с учетом пластических деформаций по формуле:

, (1. 8)

где с1 — коэффициент учитывающий развитие пластических деформаций, принимаемый равным 1,0;

R — расчетное сопротивление фасонного проката, равное 240МПа=24 согласно прил.4 [1].

По вычисленному значению подбирают по сортаменту двутавров номер профиля (табл.1 и 2 прил. 18 [1]), имеющий ближайший больший момент сопротивления.

Принимаем двутавр I № 36 по [3]:

момент сопротивления относительно оси X, Wx=743см3;

момент инерции относительно оси X, Jx=13 380см4;

средняя толщина полки, tf=12,3 мм;

толщина стенки, =7,5 мм;

ширина полки, bf=145мм;

высота балки, h=360мм;

линейная плотность,.

Рис. 1. Расчетная схема балки настила

Уточняем величину расчетного максимального изгибающего момента по формуле:

, (1. 9)

где — вес 1 погонного метра балки,.

.

Проверяем прочность балки по нормальным напряжениям по формуле:

, (1. 10)

.

Сечение считается удовлетворительно подобранным, если недонапряжение, вычисленное по формуле, меньше 5%

, (1. 11)

.

Из-за ограниченности сортамента другое сечение балки принять невозможно.

Проверяем прочность балки по касательным напряжениям по формуле

, (1. 12)

где — статический момент отсеченной или сдвигаемой части сечения относительно оси Х, принимается в зависимости от принятого двутавр по прил. 18 [1],;

.

Максимальный относительный прогиб балки определяется по формуле

, (1. 13)

где — уточненное значение нормативной нагрузки, воспринимаемой балкой настила, определяемый по формуле

.

Проверяется жесткость балки по формуле

, (1. 14)

где — величина относительного прогиба балки настила, равная 0,004

.

Так как условие (1. 14) выполняется, то подбор сечения балки считаем законченным.

Согласно п. 5. 16*а) [2] общая устойчивость балок настила не проверяется, так как нагрузка предается через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный.

Определяем расход стали на 1мІ перекрытия по формуле

, (1. 15), ,

Показываем компоновку одной ячейки балочного перекрытия первого варианта (рис. 1. 2).

Рис. 1.2. Балочная клетка нормального типа.

1.2 Второй вариант — балочная клетка усложненного типа

Для второго варианта — балочного перекрытия усложнённого типа, толщину и пролёт стального настила принимают такими же, как и в первом варианте и разрабатывают компоновку балочного перекрытия, сохраняя шаг балок настила, равным пролету настила, а шаг вспомогательных балок назначается в пределах lб=2ч5м и кратно пролету главной балки.

Принимаем lб=4м; lн=1м; tн=12м.

1.2.1 Расчет балки настила

Определяем нагрузку на балку настила по формулам (1. 4) и (1. 5)

,

.

Расчетный максимальный момент и поперечная сила определяется с учетом собственного веса балки по формулам (1. 6) и (1. 7)

,

.

Требуемый момент сопротивления согласно п. 5. 18 [2] определяется с учетом развития пластических деформаций по формуле (1. 8)

.

По вычисленному значению подбирают по сортаменту двутавров номер профиля табл.1 и 2 прил. 18 [1].

Принимаем двутавр I № 24 по ГОСТ 8239–72 с изм. :

момент сопротивления относительно оси X, Wx=289см3;

момент инерции относительно оси X, Jx=3460см4;

средняя толщина полки, tf=9,5 мм;

толщина стенки, tw=5,6 мм;

ширина полки, bf=115мм;

высота балки, h=240мм;

линейная плотность,.

Рис. 1.3. Расчетная схема балки настила

балка колонна балочная клетка

Уточняем величину расчетного максимального изгибающего момента по формуле (1. 9)

,

где

— вес 1 погонного метра балки,.

.

Проверяем прочность балки по нормальным напряжениям по формуле (1. 10)

.

Сечение считается удовлетворительно подобранным, если недонапряжение, вычисленное по формуле (1. 11), составит не более 5%

.

Проверяем прочность балки по касательным напряжениям по формуле (1. 12)

.

Максимальный относительный прогиб балки определяем по формуле (1. 13)

,

где — уточненное значение нормативной нагрузки, воспринимаемой балкой настила, определяемый по формуле

.

Проверяется жесткость балки по формуле (1. 14)

,

где — величина относительного прогиба балки настила, равная 0,004

.

Так как условие (1. 14) выполняется, то подбор сечения балки считается законченным.

1.2.2 Расчет вспомогательной балки

Нагрузка на вспомогательную балку принимается в виде равномерно-распределеннной, нормативная и расчетная величины которой вычисляют по формулам (1. 16) и (1. 17)

, (1. 16)

, (1. 17)

,

,

а расчетный изгибающий момент и поперечную силу — по формулам (1. 6) и (1. 7) соответственно:

,

,

Требуемый момент сопротивления согласно п. 5. 18 [2] определяется с учетом развития пластических деформаций по формуле (1. 8)

.

По вычисленному значению подбирают по сортаменту двутавров номер профиля и записывают из сортамента его геометрические характеристики.

Принимаем двутавр I № 60Б1поТУ 14−2-24−72. :

момент сопротивления относительно оси X, Wx=2640см3;

момент инерции относительно оси X, Jx=77 430см4;

средняя толщина полки, tf=15,4 мм;

толщина стенки, tw=10мм;

ширина полки, bf=230мм;

высота балки, h=594,2 мм;

линейная плотность,.

Рис. 1.4. Расчетная схема вспомогательной балки.

Уточняем величину расчетного максимального изгибающего момента по формуле (1. 9)

,

где

— вес 1 погонного метра балки,.

.

Проверяем прочность балки по нормальным напряжениям по формуле

, (1. 10)

.

Сечение считается удовлетворительно подобранным, если недонапряжение, вычисленное по формуле (1. 11), составит не более 5%

,

.

Проверяется прочность балки по касательным напряжениям по формуле

, (1. 12)

где Sx — статический момент отсеченной или сдвигаемой части сечения относительно оси Х,, Sx=77 430 см3

.

Максимальный относительный прогиб балки определяется по формуле

, (1. 13)

.

Проверяется жесткость балки по формуле

, (1. 14)

где — величина относительного прогиба балки настила, равная 0,004

.

Так как условие (1. 14) выполняется, то подбор сечения балки считается законченным.

Расчет второго варианта заканчиваем определением расхода стали на 1мІ перекрытия по формуле (1. 18)

, (1. 18)

.

показываем компоновку одной ячейки балочного перекрытия второго варианта (рис. 1. 5)

Рис. 1.5. Балочная клетка усложненного типа.

1.3 Сравнение вариантов двух балочных клеток

На основе вычисленных показателей расхода стали по каждому варианту можно сделать вывод, что более экономичным является первый вариант, поэтому для дальнейшей детальной разработки принимаем балочную клетку нормального типа.

2. Расчет и конструирование главной балки

Главные балки площадки проектируют обычно сварными составного сечения. Наиболее распространены балки двутаврового сечения, состоящие из стенки и двух поясов (полок) (рис. 1. 6). Пояса рекомендуется принимать постоянной толщины из одиночных листов универсальной стали по ГОСТ 82–70*, стенку при высоте ее не более 1050 мм также из универсальной стали, при большей высоте из толстолистовой стали по ГОСТ 19 903–74.

Рис. 1. 6

Расчет балки включает: принятие расчетной схемы; сбор нагрузок; статический расчет; подбор сечения; изменение сечения по длине балки; проверки прочности, устойчивости, жесткости, расчет деталей и узлов.

Записывают исходные данные для расчёта главной балки:

расчётное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести Ry=240 МПа;

предельный относительный прогиб главной балки (из бланка задания)

коэффициент условий работы

Нагрузку от балок настила, передаваемую на главную балку, принимаем в виде равномерно-распределённой и определяем по формуле:

,

где — сосредоточенная сила, равная сумме опорных реакций двух балок настила кH, определяется по формуле (1. 19):

, (1. 19):

— шаг балок (вспомогательных или настила), м

— шаг балок настила,

q - погонная расчетная нагрузка на балку настила, определяемая по формуле (1. 20):

q= (Pnгf1+gнгf2) ln+gб. нгf2 (1. 20)

,

Вычислим расчётный изгибающий момент и поперечную силу:

,

где — коэффициент, учитывающий собственный вес главной балки.

Вычислим поперечную силу:

Требуемый момент сопротивления согласно п. 5. 18 [2] определяется с учетом развития пластических деформаций по формуле (1. 8)

.

Рис. 1.7 Расчетная схема главной балки

Основной параметр, влияющий на экономичность сечения балки, её высота — h, которую определяем исходя из трёх основных условий:

4. Высоту балки, удовлетворяющую условию жёсткости, см, определяем по формуле (1. 21):

(1. 21)

где:

— расчётное сопротивление стали (по приложению 4);

— пролёт главной балки;

— по приложению 1 и по заданию;

— нормативная и расчётная погонные нагрузки на главную балку (кH/см), принимаем как соотношение

— модуль упругости.

5. Высоту балки, соответствующую минимуму её массы, см, определяем по формуле (1. 22):

(1. 22)

где:

— коэффициент, принимаемый при переменном сечении балки;

— требуемый момент сопротивления сечения балки (см3);

— толщина стенки, см, которую определим по формуле (1. 23):

(1. 23)

где:

6. Высота балки найденная из строительной высоты перекрытия hстр называется максимальной:

— по заданию;

Высоту главной балки принимаем исходя из условия:

Задаём высоту hст по сортаменту (приложение 19)

Учитывая, что высота балки немногим отличается от высоты стенки, назначаем высоту стенки — hw по формуле:

Принимаем

Определяем толщину стенки главной балки исходя из следующих условий:

7. Определяем прочность на срез в опорном сечении по формуле (1. 24):

(1. 24)

8. Проверяем обеспечение устойчивости стенки только с помощью основных поперечных рёбер жёсткости по формуле (1. 25):

(1. 25)

Принимаем

tf - толщина пояса, tf =2tw=2,8 см?2,5 см.

Сечение поясов вычисляем по их требуемой площади в следующей последовательности:

Вычисляем требуемый момент инерции сечения балки по формуле (1. 26):

, (1. 26)

Вычисляем момент инерции стенки балки по формуле (1. 27):

(1. 27)

Вычисляем момент инерции поясных листов по формуле (1. 28):

(1. 28)

Требуемую площадь сечения пояса определяем по формуле (1. 29):

, (1. 29)

Где -расстояние между центрами тяжести поясных листов, см;

Afzeq=;

Определяем ширину полки по формуле (1. 30):

(1. 30)

Окончательно ширину пояса принимаем исходя из сортамента:

Скомпонованное сечение пояса должно отвечать требованиям:

9. Обеспечение общей устойчивости балки по формуле:

Обеспечение местной устойчивости.

и

где:

— ширина неокаймлённого свеса сжатого пояса;

и

Следовательно, местная устойчивость пояса обеспечена.

Определяем геометрические характеристики подобранного сечения:

Определяем момент инерции по формуле (1. 31):

(1. 31)

Определяем момент сопротивления сечения по формуле (1. 32):

(1. 32)

Проверяем прочность по максимальным нормальным напряжениям в середине пролёта балки по формуле:

Недонапряжение не должно превышать 5%:

Так как окончательно величину высоты главной балки назначили больше hmin, то проверять на жёсткость главную балку не нужно.

Главную балку проектируем переменного по длине сечения за счёт изменения ширины поясных листов на расстоянии в целях экономии стали.

Рис. 1. 8

Определим изгибающий момент и поперечную силу, действующие в месте изменения сечения по формулам:

Необходимый момент сопротивления ослабленного сечения находим по формуле:

где:

Rwy — расчётное сопротивление стыкового сварного соединения растяжению по пределу текучести (стык поясных листов выполняем полуавтоматической сваркой), кH/см2;

Требуемый момент инерции поясов в месте изменения сечения определяем по формуле:

где:

— момент инерции изменённого сечения, см4;

— момент инерции сечения стенки балки, см4;

Определяем требуемую площадь сечения пояса по формуле:

Оставляя толщину поясного листа в пределах всей длины главной балки неизменной, вычисляем ширину уменьшённого сечения поясного листа по формуле:

где:

— толщина пояса.

Окончательно bf1 назначаем с учётом сортамента на универсальную сталь (ГОСТ 82−70*) и выполнения следующих соотношений:

а)

б)

в)

Окончательно принимаем

Вычисляем геометрические характеристики уменьшенного сечения:

Вычисляем момент инерции по формуле:

Вычисляем момент сопротивления по формуле:

Статический момент половины уменьшённого сечения относительно нейтральной оси находим по формуле:

Статический момент полки уменьшённого сечения относительно оси x-x определяем по формуле:

Проверяем нормальные напряжения в шве по формуле:

Вычисляем недонапряжение:

В месте изменения сечения балки на уровне поясных швов выполняем проверку по приведённым напряжениям (для случая этажного сопряжения балок в перекрытии по условию):

где:

— расчётное нормальное напряжение в стенке балки на уровне поясных швов, кH/см2;

— расчётное касательное напряжение в стенке балки на уровне поясных швов, кH/см2;

Окончательно выполняем проверку:

,

Проверку прочности по максимальным касательным напряжениям в стенке на опоре главной балки выполняем по условию:

Сопряжение этажное.

Местную устойчивость сжатого пояса считаем обеспеченной, так как при назначении его ширины были выполнены требования при упругой работе стали и при применении автоматической сварки для соединения поясов со стенкой.

Для обеспечения местной устойчивости стенки главной балки необходима установка поперечных рёбер жёсткости, так как выполняется условие:

где:

— условная гибкость стенки главной балки.

Так как у нас то максимальное расстояние между рёбрами жёсткости не должно быть больше удвоенной высоты стенки:

Определяем возможную длину развития пластических деформаций по формуле:

необходимо устанавливать основные поперечные рёбра жёсткости под каждой балкой настила, так как местные напряжения в этой зоне не допустимы.

Размеры вертикальных рёбер жёсткости назначаем исходя из следующих рекомендаций:

1. Ширина ребра при установке его с двух сторон стенки балки должна быть не менее

Принимаем

2. Толщина ребра должна быть не менее

Принимаем

Рассчитаем опорный узел главной балки:

Требуемую площадь сечения опорного ребра из расчёта на смятие его торца определим по формуле:

где:

— опорная реакция главной балки, кH;

— расчётное сопротивление стали смятию торцевой поверхности, кH/см2.

Для определения размера сечения опорного ребра назначаем толщину ребра по формуле:

где:

— ширина опорного ребра, принимаем равной ширине полки уменьшённого сечения главной балки.

Окончательно назначаем толщину опорного ребра в соответствии с сортаментом на листовую сталь по приложению 19:

Рёбра жёсткости (кроме опорных) привариваем односторонними сплошными швами минимальной толщины. В местах примыкания к поясным швам балки концы рёбер срезаем для пропуска поясных швов; ширина катета среза — 40 мм, высота — 60 мм.

Укрупнительный стык главной балки проектируем согласно варианту задания на сварке.

При монтаже сжатый пояс и стенку всегда соединяем прямым швом встык, а растянутый пояс — косым швом под углом 60, так как при монтаже автоматическая сварка и повышенные способы контроля качества шва затруднены. Такой стык будет равнопрочен основному сечению балки, и мы его не рассчитываем.

3. Расчет и конструирование колонны

Выполняем расчет сплошной колонны. База колонны — с жестким опиранием.

Определяем расчетное усилие в стержне колонны по формуле (3. 1)

, (3. 1)

Где Q — опорная реакция главной балки, кН;

n — количество главных балок, опирающихся на колонну;

Gk — нагрузка от собственного веса колонны, кН (ориентировочно принимается 20кн)

Назначаем расчетную схему колонны, исходя из способа закрепления ее в фундаменте и способа примыкания балок к оголовку.

Вычисляем конструктивную длину колонны по формуле (3. 2):

, (3. 2)

Где Н — отметка верха настила, м;

— строительная высота, перекрытия, вычисленная с учетом принятого способа сопряжения балок по высоте, м

,

— размер колонны ниже отметки пола, обычно принимается в пределах 0,6ч0,8 м

Расчетную длину стержня колонны определяем по формуле (3. 3)

, (3. 3)

Где м - коэффициент приведения расчетной длины, назначаемый в зависимости от условий закрепления концов колонн постоянного сечения.

Принимаем тип сечения колонны в виде составного двутаврового сечения из трех листов (рис. 1. 6).

Предварительно задаемся гибкостью л =50

По прил. 21 [1] определяем коэффициент продольного изгиба ц с помощью линейной интерполяции ц =0,852.

Вычисляем требуемую площадь сечения колонны по формуле (3. 4)

(3. 4)

Где

Ry — расчетное сопротивление стали колонны по пределу текучести, назначенное по прил.4 [1];

— коэффициент условий работы по прил.5 [1]

и требуемый радиус инерции сечения по формуле (3. 5)

, (3. 5)

Определяем ширину сечения из соотношения (3. 6)

,

где — радиус инерции сечения колонны относительно оси y, см;

б2 — коэффициент, назначаемый по табл.2 [1].

Принимаем bf =38см.

Высота сечения обычно принимается равной ширине полки h = bf = 38 см.

Минимально возможную толщину стенки tw из условия обеспечения местной устойчивости определяем по формулам (3. 5) или (3. 6)

при, (3. 5)

или

при, (3. 6)

но не более

где hw — высота стенки колонны, принимаемая на данном этапе расчета равной высоте сечения колонны, см;

— условная гибкость колонны, определяемая по формуле (3. 7)

, (3. 7)

Толщина стенки, принимаем в соответствии с сортаментом листовой стали (прил. 19 [1]), tw = 10 мм.

Вычисляем площадь стенки Aw, площадь полки Af и толщину поясных листов tf по формулам (3. 8), (3. 9) и (3. 10):

Aw=twhw, (3. 8)

, (3. 9)

, (3. 10)

tf

Окончательную толщину пояса принимаем по сортаменту листовой стали (прил. 19 [1]) tf =1,8 см.

Проверяем условие обеспечения местной устойчивости по условию (3. 11):

, при, (3. 11)

Где bef — величина свободного свеса полки, вычисляется по формуле (3. 12):

bef=, (3. 12)

,

Вычисляем минимальные геометрические характеристики принятого сечения колонны по формуле (3. 13)

,

где А определяется по формуле (3. 14)

Определяем максимальную гибкость по формуле (3. 15)

и минимальный коэффициент продольного изгиба по прил. 21, .

Проверяем устойчивость стержня колонны по формуле (3. 16):

,

Так как условие выполняется и недонапряжение, вычисленное по формуле (3. 17)

,

не превышает 5%, подбор сечения колонны можно считать законченным.

3.1 Расчет и конструирование оголовка колонны

4. Толщина плиты оголовка колонны принимается конструктивно мм. Принимаем мм.

5. Площадь торцевой поверхности ребер оголовка, принимающих давление от плиты, определяется из условия прочности при смятии:

, (3. 60)

где N — опорное давление двух главных балок, кН;

Rр - расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности, определяется по приложению 4

6. Определяются размеры ребра оголовка

a. толщина ребра вычисляется по формуле

, (3. 61)

где z — условная длина распределения давления балок N плитой оголовка под углом 450 к вертикали, находим по формуле:

, (3. 62)

Окончательно толщина ребра принимается с учетом сортамента листовой стали (прил. 19). Принимаем tр = 32 мм.

b. высота ребра устанавливается из условия прочности швов «А» по формуле

, (3. 63)

где — параметры, определяемые согласно рекомендаций к формуле (2. 54).

Принимаем hр =48см.

7. Проверяется прочность стенки колонны по касательным напряжениям (плоскости среза «К») по формуле

, (3. 64)

где R s — расчетное сопротивление стали сдвигу (прил.4).

Необходимо проверить стенку колонны на прочность на срез в сечениях, где примыкают консольные ребра по формуле:

.

Так как прочность стенки не обеспечена, заменяем стенку колонны на участке длиной hр = 5−10см более толстой вставкой, толщина которой назначается из условия прочности на срез и равной 25 мм.

Чтобы придать жесткость ребрами, поддерживающим опорную плиту и укрепить от потери устойчивости стенку стержня колонны, низ опорных ребер обрамляется горизонтальными поперечными ребрами толщиной 10 мм.

3.2 Конструирование и расчет базы колонны

Конструкция базы должна обеспечить равномерное распределение сосредоточенного давления стержня колонны по площади контакта с поверхностью фундамента, закрепление нижнего конца колонны в соответствии с принятой расчетной схемой (жесткое) и простоту монтажа колонны.

Жесткие базы соединяют с фундаментом обычно четырьмя анкерными болтами диаметром 30…40мм. Болты крепятся к траверсам, благодаря чему после затяжки болтов исключается поворот колонны в концевом сечении.

В базах с траверсами толщину опорной плиты обычно принимают не более 40 мм. Для уменьшения толщины в конструкцию базы могут быть дополнительно введены ребра и диафрагмы.

Так как расчетное усилие в стержне N =3490,6кН < 6000кН, применяется база с траверсами.

Расчет плиты. Расчетное усилие N =3490,6кН. Бетон под плитой работает на смятие (локальное сжатие). Определяем требуемую площадь плиты базы колонны по формуле:

, (3. 67)

где — коэффициент, зависящий от характера распределения местной нагрузки по площади смятия. При равномерно распределенной нагрузке;

Rp loc - расчетное сопротивление бетона смятию, определяем по формуле

, (3. 68)

где;

Af — площадь верхнего обреза фундамента,

Rb - расчетное сопротивление бетона сжатию (табл.4.1).

Размеры плиты B и L принимаем по конструктивным соображениям: B=L=65см.

Определяем напряжение под плитой базы

.

Плита работает на изгиб как пластинка, нагруженная равномерно-распределенной по площади контакта отпором фундамента q. Нагрузкой является отпор фундамента. Плита имеет три вида участков, отличающихся размерами и характером опирания на элементы колонны и базы. На участке 1 плита работает по схеме «пластинка, опертая на четыре канта». Соотношение сторон. В этом случае изгибающий момент определяется по формуле

Рис. 1. 9

Изгибающий момент на консольном участке 3 плиты определяем по формуле

что больше момента на участке 1.

На участке 2 плита оперта на три канта. Однако соотношение сторон участка 2 равно. При таких соотношениях сторон участка плита работает тоже как консоль с длиной 10 см и, следовательно, момент на участке 2 больше момента на участке 3; момент на участке 2 является максимальным моментом, определяющим толщину плиты.

Нежелательно иметь толщину плиты более 40 мм, поэтому принимаем сталь для плиты более высокой прочности С345 с расчетным сопротивлением Ry = 33,5 кН/см2, что проще, чем ставить дополнительные ребра на участке 2.

Требуемую толщину плиты определяем по формуле

, (3. 74)

Принимаем tf =4 см, при заданном классе бетона принятое решение рационально.

Расчет траверсы. Считаем в запас прочности, что усилие на плиту передается только через швы, прикрепляющие ствол колонны к траверсам, и не учитываем швы, соединяющие ствол колонны непосредственно с плитой базы. Траверса работает на изгиб как балка с двумя консолями. Высота траверсы определяется из условия прочности сварного соединения траверсы с колонной. Угловые швы рассчитываем на условный срез.

Сварка — полуавтоматическая в среде углекислого газа, материал — сталь С245. Сварку производим проволокой Св-08Г2С. По прил.6 определяем расчетное сопротивление металла шва Rwf = 215МПа = 21,5 кН/см2. Расчетное сопротивление углового шва срезу (условному) по металлу границы сплавления Rwz = 0,45Run, где Run = 37 кН/см2. Rwz = 0,45 37 = 16,65 кН/см2.

и — коэффициенты глубины проплавления углового шва по металлу шва и по металлу границы сплавления, соответственно, принимается по прил.8.

и — коэффициенты условий работы шва, принимаются по ,

Задаемся катетом шва kf = 14 мм.

Высоту траверсы определяем по формуле

(3. 75) ,

Принимаем высоту траверсы 43 см.

Проверяем прочность траверсы как балки с двумя консолями. Момент на опоре балки определяем по формуле:

.

Максимальная поперечная сила определяется по формуле:

.

Принимаем толщину траверсы 1,2 см.

Момент сопротивления траверсы определяем по формуле

Тогда напряжение находим по формуле

Касательные напряжения находим по формуле

где А — площадь траверсы

следовательно прочность траверсы на изгиб и на срез обеспечена.

Заключение

При выполнении курсового проекта был проведен расчет балочной клетки. На основе сравнения технико-экономических показателей был выбран нормальный тип балочной клетки, т.к. расход стали у этого типа G1=1,428 кН/м на 1 м2 — меньше чем у усложнённого балочного типа (G1=1,47 кН/м).

Далее велся расчет главной балки: были рассчитаны геометрические размеры двутаврого сечения балки (высота балки, толщина стенки балки, ширина полок). Так же рассчиталось уменьшенное сечение главной балки. Так как местная устойчивость стенки балки не была обеспечена, были запроектированы и рассчитаны поперечные ребра жесткости. Так сопряжение главной балки со вспомогательной балкой было принято этажное.

Затем был проведен расчет центрально сжатой сплошной колонны с шарнирным опиранием.

По завершении каждого этапа разработаны чертежи металлических конструкций.

Список использованных источников

1. Вихрева, Н. Е. Проектирование стальных конструкций балочных перекры тий: учебное пособие. — Братск: ГОУВПО «БрГУ», 2004. — 162с.

2. СНиП II-23−81*. Стальные конструкции. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987. — 96с.: ил. — (Строительные нормы и правила).

3. ГОСТ 8239–72 с изм.

4. Беленя, Е. И. Металлические конструкции. Общий курс: учебник для вузов / Е. И. Беленя, В. А. Балдин, Г. С. Ведеников.; под общ. ред.Е. И. Беленя. — 6-е издание., перераб. и доп. — М.: стройиздат, 1985. — 560с., ил.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой