144732 (Проектирование металлических балочных клеток)

Министерство образования и науки Украины

Одесская Государственная Академия строительства и архитектуры

Кафедра металлических, деревянных и пластмассовых конструкций

Пояснительная записка

к курсовому проекту по теме:

Проектирование металлических балочных клеток

Выполнила:

т. гр. ПГС-313т

Федорюк Т.А.

Проверил:

Михайлов А.А.

Одесса-2010

Содержание

Задание

Исходные данные для проектирования

1. Компоновка балочной клетки

2. Расчет балок настила

3. Расчет и конструирование главных балок

3.1 Подбор сечения балки

3.2 Выбор сопряжения главных балок с балками настила

3.3 Проверка общей устойчивости балки.

3.4 Проверка местной устойчивости элементов главной балки

3.5 Расчет поясных швов

3.6 Расчет опорных частей балки

3.7 Расчет и конструирование сопряжений балок настила с главными балками

Список литературы

Исходные данные для проектирования:

1. Пролет главных балок L=12,0 м

2. Шаг главных балок l=3,5 м

3. Отметка уровня пола площадки Н=3,5 м

4. Временная длительная нормативная нагрузка gⁿ=12 кН/м²

5. Материал металлических конструкций: сталь С255

6. Тип настила – железобетонная плита.

2. Компоновка балочной клетки

Балочные клетки перекрытий представляют собой плоские системы стержневых элементов опирающихся на вертикальные конструкции зданий и воспринимающих поперечную распределенную нагрузку. Металлические балочные клетки нормального типа включают балки настила (второстепенные балки) по верхнему поясу которых монтируется железобетонный настил перекрытия. Балки настила в балочных клетках данного типа опираются непосредственно на главные балки, которые в свою очередь переедают нагрузку на стены или колонны здания.

На основании исходных данных задания разрабатывается расчетная схема балочной клетки, включающая ее основные размеры: пролета и шага главных балок, шага балок настила, привязку балок настила к осям.

Компоновку балочной клетки нормального типа следует начинать с разбивкисетки осей. Главные балки необходимо располагать в направлении бальшего ее шага, а балки настила – в перпендикулярном направлении.

Шаг а балок настила принимается постоянным:

а=1,5…3,0м при железобетонном настиле.

Принимаем:

Для упрощения и унификации узлов сопряжения балок настила с главными балками, следует стремиться к смещению осей балок настила на половину шага от осей опор главных балок, что приводит к необходимости размещения в торцах балочной клетки дополнительных балок.

2. Расчет балок настила

Определение величин нагрузок действующих на балку:

, кН/м - нормативная нагрузка

, кН/м - расчетная нагрузка

где:

- нормативная постоянная нагрузка от собственного веса настила;

кН/м³ - плотность материала настила (тяжелый железобетон);

и - коэффициенты надежности по нагрузке.

кН/м²

кН/м

кН/м

Определение максимальных усилий в балке, от действующей на нее расчетной нагрузки:

кНм

кН

Определение требуемого момента сопротивления балки:

см³

где:

кН/см² - расчетное сопротивление стали изгибу;

- коэффициент учитывающий развитие пластических деформаций;

, кНм - максимальный изгибающий момент.

По сортаменту принимаем номер двутавра так, чтобы при этом удовлетворялось условие .

Принимаем двутавр №24:

см³; см⁴; см³; см.

Проверяем прочность назначенного сечение балки по первой группе предельных состояний:

- нормальные напряжения: , кН/см²

кН/см² = 24 кН/см²;

Прочность подобранного сечения обеспечена.

Вычислим недонапряжение балки:

Сечение подобрано удовлетворительно.

Жесткость назначенного сечения проверяется по второй группе предельных состояний:

см см

где:

- предельно допустимое значение относительного прогиба;

- нормативная погонная нагрузка на балку, кН/см;

кН/см² - модуль упругости стали.

Жесткость подобранного сечения обеспечена.

Общую устойчивость балок допускается не проверять при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс конструкции и надежно с ним связанный, что имеет место в рассматриваемом случае.

Местная устойчивость элементов прокатных профилей не проверяется, так как она обеспечена при проектировании их сортамента.

3. Расчет и конструирование главных балок.

3.1 Подбор сечения балки.

Определение величины сил, которыми загружается главная балка:

кН

Определение величины опорных реакций и внутренних усилий в главной балке:

кН

- коэффициент, учитывающий собственный вес главной балки, принимаем .

кНм;

кНм;

кНм;

кН;

кН;

кН;

Определяем требуемый момент сопротивления сечения главной балки из расчета в упругой стадии работы материала:

см³

Где:

- максимальный изгибающий момент по длине главной балки;

кН/см² - расчетное сопротивление стали главной балки.

Высота сечения главной балки из условия минимального расхода материала:

см.

Поскольку для курсовой работы сталь с большим модулем не предусмотрена, увязываясь с сортаментом листовой стали окончательно принимаем см. В соответствии с рекомендуемой гибкостью стенки , ее толщина определяется как

см.

Окончательно принимаем см.

Проверим прочность стенки при ее работе на срез под действием максимальной поперечной силы:

см см.

Прочность обеспечена.

Где:

кН - максимальная поперечная сила в сечениях главной балки;

см – высота балки;

кН/см² – расчетное сопротивление стали срезу.

Площадь поперечного сечения отдельного пояса балки

см².

Задаваясь шириной пояса:

см

находим его толщину:

см.

Увязываясь с сортаментом листовой стали, окончательно принимаем

см, см.

см см

Проверяем скомпонованное сечение в соответствии с требованиями:

1. мм мм;

2. мм мм;

3. мм мм.

Конструктивные требования выполнены.

4. .

Условие свариваемости выполнены.

5. мм .

Условие равномерного распределения напряжений по ширине пояса выполнено.

6.

Условие обеспечения местной устойчивости пояса выполнено.

Определяем геометрические характеристики скомпонованного сечения:

- момент инерции

см⁴

- момент сопротивления

см³

- статический момент полки балки относительно нейтральной оси X – X

см³

- статический момент половины сечения относительно нейтральной оси X – X

см³.

Проверим прочность балки на срез при действий максимальных касательных напряжений

кН/см²

Таким образом, недонапряжения не превышают допустимого уровня.

Проверим прочность балки на срез при действии максимальных касательных напряжений

кН/см² кН/см²

Прочность обеспечена.

При принятой расчетной схеме конструкций главной балки относительный прогиб определяется по формуле:

Где предельно-допустимое значение относительно прогиба главной балки,

3.2 Выбор сопряжения главных балок с балками настила.

Принимаем сопряжение главных балок с балками настила в одном уровне.

1. Проверка общей устойчивости балки

Проверка общей устойчивости балки не выполняется.

1. Проверка местной устойчивости элементов главной балки

Местная устойчивость сжатого пояса обеспечена при компоновке сечения балки . .

Местная устойчивость стенки

Местная устойчивость стенки составной балки может обеспечиваться ее толщиной, однако подобное решение приводит к значительному перерасходу стали при сечениях большой высоты. Более рациональным считается усиление стенки составной балки ребрами жесткости, устанавливаемыми в местах расположения балок настила.

Часть стенки, ограниченная поясами и ребрами жесткости, называется «отсеком». Длина отсека ограничивается в зависимости от величины гибкости балки.

при

см при

Ребра жесткости, усиливающие стенку балки, могут быть одно- и двухсторонними. Т.к. мы приняли сопряжение главных балок с балками настила в одном уровне, мы выбираем двусторонние ребра жесткости.

Определим ширину ребер из условия

см.

Округляясь до 0,5см, принимаем см.

Толщина ребер жесткости зависти от их ширины и определяется из условия

см

Окончательно, увязываясь с сортаментом листовой стали, принимаем см, см.

Определим средние значения изгибающих моментов и поперечных сил в пределах каждого отсека

кН;

кН;

кН;

кНм;

Нормальные расчетные сжимающие напряжения на уровне поясных швов при симметричном сечении балки и средние касательные напряжения определяются по формулам

; .

кН/см²;

кН/см²;

кН/см²;

кН/см²;

кН/см²;