МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

КАФЕДРА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ГИДРОСООРУЖЕНИЙ

Курсовая работа по дисциплине

«Металлические конструкции»

Тема: РАСЧЁТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ

2009 г.

РЕФЕРАТ

В данной пояснительной записке рассмотрены два типа балочных клеток. Дана последовательность расчёта и проектирования стального настила, главной балки и центрально сжатой колонны для наиболее экономичного варианта.

Пояснительная записка состоит из страниц, таблиц, рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1.Компоновка в балочной клетке

Расчёт стального настила

Расчёт и конструирование главной балки

2. Расчёт и конструирование главной балки

Расчётные нагрузки и усилия

Подбор сечения главной балки

Изменение сечения балки по длине

Проверка общей устойчивости главной балки

Проверка прочности поясных швов

Расстановка рёбер жёсткости. Проверка местной устойчивости стенки

Сварной монтажный стык главной балки

Расчёт и конструирование монтажного стыка главной балки на высокопрочных болтах

Расчёт и конструирование опорной части балки

Расчёт и конструирование центрально – сжатой колонны

Расчётное усилие и длина

Подбор и компоновка сечения колонны

Расчёт и конструирование базы колонны

Заключение

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Балочная клетка представляет собой систему пересекающихся несущих балок, предназначенных для опирания настила перекрытий. В зависимости от схемы расположения балок балочные клетки делят на три типа: упрощенные, нормальные и усложненные.

В упрощенной балочной клетке нагрузка от настила передается непосредственной на балки, располагаемые обычно параллельно короткой стороне перекрытия, затем на вертикальные несущие конструкции (стены, стойки и др.). Такой вариант балочной клетки используется обычно в гражданских бескаркасных зданиях, где небольшие нагрузки и небольшие пролеты.

В промышленных здания обычно используют нормальную и усложненную компоновку балочных клеток. Здесь настил опирается на балки настила, которые опираются на главные балки (нормальны вариант балочной клетки) или на вспомогательные балки, а последние - на главные балки (усложненный вариант балочной клети). В данной курсовой работе рассмотрены эти варианты опирания и приведен расчет наиболее экономичного из них.

В настоящее время металлические конструкции применяют во всех видах зданий и инженерных сооружений.

В зависимости от конструктивной формы и назначения металлические конструкции делят несколько видов.

Конструкции одноэтажных промышленных зданий выполняют в виде цельнометаллических или смешанных каркасов. Цельнометаллические каркасы в основном применяются в зданиях с большими пролётами.

Большепролётные здания с пролётами до 150 м наиболее целесообразно перекрывать металлическими конструкциями. Системы и конструктивные схемы большепролётных покрытий очень разнообразны. Здесь возможны балочные, рамные, арочные, висячие, комбинированные, причём как плоские, так и пространственные системы.

Листовые конструкции являются тонкостенными оболочками различной формы и должны быть не только прочными, но и плотными.

1. КОМПОНОВКА В БАЛОЧНОЙ КЛЕТКЕ

1.1. Расчёт стального настила

Определим отношение пролёта настила к его толщине из условия обеспечения допустимого относительного прогиба:

, (1.1.1)

где пролёт настила, мм;

толщина настила, мм;

норма прогиба, задаётся по заданию

;

, МПа

цилиндрическая жёсткость настила (пластины);

коэффициент Пуассона;

кПа

величина заданной полезной нагрузки, МПа.

Рисунок 1 – Расчётная схема стального настила

1.2. Сравнение вариантов компоновки балочной клетки

Рисунок 2 –Варианты компановки балочной клетки

а) Нормальный;

б) Усложнённый.

1.2.1 Нормальная компоновка

количество пролётов настила на длину главной балки:

Тогда шаг балок настила

, м, (1.2.1)

мм.

Нагрузки на балку настила:

- нормативная

, кН/м, (1.2.2)

где вес 1 м² настила при его толщине равной 10 мм;

, кПа, (1.2.3)

кПа;

временная равномерно-распределённая нагрузка, кПа.

кН/м.

- расчётная полная

, кН/м, (1.2.4)

кН/м.

Расчётный изгибающий момент:

кН_* м.

Условия прочности по I группе предельных состояний:

;

где коэффициент условия работы.

Относим балки настила к III группе конструкций по [4].

Назначаем для балок настила Ст 18КП (С235), с расчётным сопротивлением .

Требуемый момент сопротивления балки настила с учётом упругопластичной стадии работ:

;

Выбираем по сортаменту прокатный I 30Б1 c ;

;

.

Проверим жёсткость выбранного сечения:

условие удовлетворяется.

Расход материала:

.

1.2.2 Усложнённый вариант (рисунок 2б).

Шаг вспомогательной балки принимаем кратно (2.5…4 м):

; ;

;

;

;

Назначим по сортаменту I 23Б1 c ;

;

.

Проверим жёсткость выбранного сечения:

условие удовлетворяется

Рассчитываем вспомогательные балки:

;

.

Назначим по сортаменту I 70Б1 c ;

;

.

Проверим жёсткость выбранного сечения:

условие удовлетворяется

Расход материала:

,

.

ВЫВОД: расход материалов приблизительно одинаков, но по трудоёмкости второй вариант сложнее, поэтому для дальнейшей разработки принимается первый вариант, так как он более удобен для изготовления, монтажа и сокращает строительную высоту перекрытия.

2. РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ГЛАВНОЙ БАЛКИ

2.1. Расчётные нагрузки и усилия

Нагрузки на наиболее нагруженные балки по средним осям:

;

.

Момент в середине пролёта:

;

Поперечная сила на концах:

.

Относим главную балку к II группе конструкций по [4] и назначаем для неё сталь 18ПС (С245) с расчётным сопротивлением .

2.2. Подбор сечения главной балки

Рисунок 3 – Поперечное сечение главной балки

Минимальная высота сечения главной балки по требованиям жёсткости при норме прогиба .

Найдём наименьший момент сопротивления:

,

где коэффициент условия работы конструкции.

Определяем высоту сечения :

Минимальная высота сечения из соображения жёсткости при :

Оптимальная высота сечения из соображений экономии:

,

где гибкость стенки.

Предельная высота сечения главной балки определяется из условия обеспечения заданной строительной высоты перекрытия.

Исходя из условия , назначаем высоту сечения, близкой к оптимальной:

.

Определим толщину стенки:

Из условия прочности на срез в опорном сечении:

,

где ;

.

Из условия постановки только поперечных рёбер жёсткости, толщина стенки:

Из условия получения оптимальной, ранее предполагаемой гибкости стенки :

.

Окончательно назначим толщину стенки по сортаменту .

Определяем сечение поясных листов:

Окончательно по сортаменту принимаем размеры поясных листов:

;

;

.

Проверим условие свариваемости:

условие свариваемости выполнено.

2.3. Проверка принятого сечения

Вычисляем геометрические характеристики сечения:

Момент инерции:

, (2.3.1)

,

где ,

.

Момент сопротивления:

условие удовлетворяется.

Определим относительное превышение:

условие удовлетворяется.

Проверка по нормальным напряжениям:

кН/см², (2.3.2)

условие прочности выполняется.

Изменение напряжения (недогруз):

.

2.4. Изменение сечения главной балки по длине

Рисунок 4 – Схема к расчёту

Проектируем изменение сечения балки изменением сечения поясных листов на расстоянии м от каждой из опор, уменьшаем сечения поясных листов.

Расчётные усилия в месте изменения сечения

, кН_* м, (2.4.1)

кН_* м;

, кН, (2.4.2)

кН

В месте изменения сечения расположен стыковой сварной шов. Сварка полуавтоматическая Св – 08А с расчётным сопротивлением шва .

Предполагается наличие физического контроля шва, поэтому назначаем:

Определяем геометрические характеристики уменьшенного сечения:

см³;

см²;

см;

, (2.4.4)

Принимаем лист мм

см²

см⁴

см³, (2.4.5)

Статический момент

, см³, (2.4.6)

см³

Проверка по наибольшим касательным напряжениям на опоре:

, кН/см², (2.4.7)

кН/см² ,

кН/см².

Условие ,кН/см² , (2.4.8)

- условие выполняется.

2.5. Проверка по приведённым напряжениям

Проверка приведённых напряжений в стенке в месте изменения сечения балки производим в верхней точке стенки:

, кН/см² , (2.5.1)

где , кН/см², (2.5.2)

кН/см² ;