Подбор сечения главной балки

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

КАФЕДРА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: «Конструкции зданий и сооружений»

На тему: «Балочная клетка и колонны рабочей площадки»

 

 

Студента ___ 3 курса ___ А-31 __ группы
направления подготовки «Архитектура»
специальности «Архитектура зданий и _
сооружений»__ _____________________
___________Овсиенко Кристина______
Руководитель ____ас.Солодовник Ю.Ю.
Национальная шкала________________
Количество балов:____ Оценка:ECTS__

 

г.Харьков- 2016год

Содержание:

1.1 Введение………………………………………………………………….2

1. Расчет настила………………………………………………….5

2. Подбор сечения балки настила………………………………..7

3. Расчет главной балки…………………………………………..8

4.Конструирование и расчет центральной сжатой колоны…….12

1.2 Список ссылок……………………………………………………………
1.1Введение.

Рабочие площадки служат для размещения производственного оборудования на определенной высоте в помещении цеха промышленного здания. Система несущих балок стального покрытия называется балочной клеткой. В конструкцию площадки балочной клетки входят: стальной настил (Н), укладываемый по балкам настиле (БН), главные балки (ГБ), располагаемые параллельно большей стороне перекрытия, колонны (К), связи, обеспечивающие геометрическую неизменяемость балочные клетки.

Целью работы является обеспечение заданных условй эксплуатации, необходимой прочности и устойчивости при минимальном расходе материала и минимальных затратах труда при изготовлении и монтаже.

В данном курсовом проекте представлены принципы и правила проектирования металлических конструкций балочной клетки промышленного здания. Расчет конструктивных элементов производится в соответствии с действующими нормативными документами:

ДСТУ Б ДБН В.1.2. – 3:2006 «Прогибы и перемещения», ДБН В.2.6 – 163:2010 «Стальные конструкции», ДСТУ Б В.1.23:2006 «Прогибы и перемещения».

Расчётно – графические работы выполняются по заданным исходным данным. Все расчеты производятся с использованием методов сопротивления материалов и строительной механики.

Расчет начинается с выбора расчетных схем сооружения в целом и отдельных его элементов, а также сбора нагрузки. Определив по принятой расчетной схеме усилия в конструкции и ее элементах (статический расчет), производят подбор их сечений (конструктивный расчет), проверяют прочность. Если проверка не удовлетворяется, подбирают большее сечение и уточняют расчет.

Балки являются основным и простейшим элементом, работающем на изгиб.

Применяют: общественные конструкции: здания, сооружения

Гражданские конструкции

Промышленные здания

Балочной клеткой называется система перекрестных балок, предназначенная

для опирания настила при устройстве перекрытия над какой-либо площадью.

Балки, опирающиеся на стены или колонны, называются главными. На главные балки опираются поперечные балки, которые служат опорами для продольных балок. Поперечные и продольные балки часто называют второстепенными или вспомогательными. Продольные балки поддерживают настил (железобетонный или стальной). По настилу иногда еще устраивается пол. Полы бывают деревянные, асфальтовые, клинкерные, чугунные и др. (в зависимости от технологии производства)

Балочные клетки применяются очень часто, например в междуэтажных перекрытиях, для внутрицеховых рабочих площадок, в проезжей части мостов и др. Различают следующие типы балочных клеток: а) упрощенная (имеются только главные балки); б) нормальная (состоит из главных и поперечных вспомогательных балок); в) усложненная (имеются все три типа балок).

Нагрузками для балочных клеток являются: а) собственная масса строительных конструкций; б) вес полезной нагрузки и стационарного оборудования; в) вес подвижного оборудования (кранов) и средств железнодорожного и автотранспорта.

 

 

Компоновка балочной клетки.

Конструкция балочной клетки рабочей площади состоит из двух секций

(L × l = 19,5м) и стальным несъемным настилом.

Балочная клетка опирается на колонны шаг которых в продольном направлении L =19м.

Характеристическое значение временной равномерно распределенной по площади вертикальной нагрузки P_{n =}18,5кН/м^2..

Расстояние между балками настила зависит от материалов - a =1м.

Пролет балки настила l = 5,5 м

Пролет главной балки L =19.0 м

Верх настила H = +8.5 м

Верх фундамента h = 0.00 м

Марка стали С235 В_у = 23 кН/см²

 

Расчет настила

Настил – стальной лист.

В соответствии с ДБН 2014 года принимаем марки стали и рассчеты их сопротивления:

1. Балки настила – С235

R_y= 230 Мпа = 23 кН/см²

2. ГБ (главная балка) – С255

R_y= 230 Мпа = 23 кН/см²

3. К (колонна) – С245

R_y= 230 Мпа = 23 кН/см²

Принимаем толщину настила конструкции в соответствии с сартаментом на листовую сталь в зависимости от временной нагрузки

Толщина настила t _n = 8 мм при P_{n =} 10- 20 кН/м^2..

 

Сбор нагрузки

Ширина – 1 000мм

Длина – 5 500мм

g ⁿ = I _ст. × t _n

I _ст. – плотность = 7 850 кг/ м³

t _n - толщина = 8 мм = 0,008 м

g ⁿ 78,50 × 0, 008 = 0, 628 кН/ м²

Эксплуатационное значение нагрузки приложенной к балке настила

q _e =(P_n× γ_fe + gⁿ × γ_fe) × a ×γ_n = 20, 0844 кН/ м²

a = 1, где а - шаг балок настила.

γ_n = 1,05

γ_fe = 1 – коэффициент надежности для эксплуатационного значения нагрузки.

γ_n – коэффициент надежности по ответственности здания, который принимается в соответствии с ДБН В. 1. 2. – 14 – 2009 «Общий принцип обеспечения надежности и конструктивной безопасности зданий, сооружений, строительных конструкций и оснований».

q _m – погонная нагрузка приложенная к балке настила.

q _m = =(P_n× γ_fm + gⁿ × γ_fm) × a ×γ_n = 25, 945 кН/ м²

γ_fm = 1,3 – коэффициент надежности по нагрузке

γ_fm =1,05 – коэффициент надежности по нагрузке для равномерно распределенной нагрузке.

γ_n =1,05

Узлы опирания балок настила к главным балкам – шарнирные.

 

Собственный вес балки не известен, поэтому предварительно принимаем 3% на собственный вес.

М_max =1,03 × q _m × l² / 8

М_max = 1,03 × 25, 945 × 5,5² / 8 = 101, 047 кН/м

Q_max = 1,03 × q _m × l / 2

Q_max =1,03 × 25, 945 × 5,5 / 2 = 73, 489 кН/м

g ⁿ = 0, 628 кН/ м²

q _m = 25, 945 кН/ м²

q _e = 20, 0844 кН/ м²

2. Подбор сечения балки настила

Подбор сечения конструктивных элементов и проверка его по заданной нагрузке.

Подбор сечений выполненных в упругой стадии рабочих материалов.

Ɠ = М_max /Ⱳ_{n min} × R_y × γ_c ≤ 1

Ⱳ_необх. = М_{max /} R_y × γ_c = 10150 / 24×1 = 421, 042 см³

R_y = 24 кН/см²

γ_c = 1

М_max =10150 кН×см²

По сартаменту подбираем сечение балки настила из условия, что:

Ⱳ_необх. ≤ Ⱳ_x

Ⱳ_x = 2035,0

h = 300 мм

b = 135 мм

S = 6,5 см²

t_f =10,2 мм

R= 12,0 мм

r = 5,0 мм

m = 36,50 кг

I_x = 7080 см⁴

I_y = 337 см⁴

i_x =12,30 см

i_y = 2,69 см

S_x = 268 см²

Ⱳ_y = 49,9 см³

Эксплуатационный рассчет нагрузки от собственного веса балки настила определяется по формуле:

q_e^БН = g^БН × γ_fe × γ_n

g^БН - характеристическое значение собственного веса балки и настила.

γ_n = 1,05

1 кН = 100 кг

q_e^БН = m = 0,365 кН

q_m^БН = g^БН × γ_fm × γ_n = 0, 402

 

q_e^общ = q_e + q_e^БН = 20, 084 + 0, 365 = 20, 449

q_m^общ = q_m + q_m^БН = 25, 945 + 0, 402 = 26, 347

 

М_max = q_m^общ × l² / 2 = 398,498

Q_max = q_m^общ × l /2 = 72, 454

Подбор сечения выполняем в упругой стадии работы материала.

Ɠ= Мmax / Ⱳх × Ry × γc

Ɠ = 398, 5 / 2035, 0 × 24 × 1 = 0, 815

Ɠ = 0, 815 ≤ 1

2. Проверка по второй группе предварительных состояний (проверка жесткости балки настила).

ƒ= 5/ 384 × q_e^общ × l⁴/ E × I_х ≤ ƒ_u

ƒu – предельное значение прогиба. ДСТУ В 1.2-3:2006 «Прогибы и перемещения» ƒu = l / 200 = 2, 75 см

q_e^общ = кН/м = 21,01 = 0,2101 кН/см

Е_ст = 20600 кН/см²

ƒ= 5/ 384 × 0,2101 × 550 × 10⁴ / 2,6 × 10⁴ × 7080 = 1, 65

 

Проверяем жесткость балки по формуле:

ƒ = 5× q_e^общ ×l⁴ / 384× E × I_x = 5×0,2101×550⁴ / 384×2,06 ×10⁴×7080= 1,54 см

Предельное значение относительного прогиба:

[ƒ / l] = 1/200

ƒu = l / 200 = 550/200= 2,75

ƒ = 1,54 ≤ƒu = 2,75см

Таким образом, прочность и жесткость балки настила обеспеченна.

Подбор сечения главной балки

Главную балку компонуем составленного двутаврового сечения.

Рис. Поперечное сечение главной балки

3. Сбор нагрузки

F = 2 R_б.н. = 2×74,15= 148.3 кН.

Поскольку к балке приложены болем четырех равномерно расположенных на сосредоточенных сил, то с практической точностью упрощенно можно принять, что к балке приложена равномерно распределенная загрузка.

Эквивалентная условная равномерно распределенная загрузка:

q_{fic =} ƩF/L= 20×148,3/19= 156,1 кН/м

3.2 Статический расчет

Рис. Расчетная схема главной балки

Собственный вес главной балки неизвестен, поэтому предварительно принимаем 3% на собственный вес.

Максимальные внутренние усилия:

М_max = q_fic × L² / 8= 156,1 × 19² / 8 = 7225, 34 кНм

Q_max = q_fic × L / 2 = 156,1 × 19 / 2 = 1927,44кНм

3.3. Конструктивный расчет

Принимаем предельное значение прогиба главной балки

ƒu = L /250 = 1900/250 = 7,6 см

где L = 19 м = 1900 см – пролет главной балки.

h= 1/10×19= 1,9 м

 

Минимальная высота балки находим из условий жесткости по формуле:

h_min = (5R_yL²/24 ƒ_u E)×F_e/F_m =(5×1900²×23/24×7,6×10⁴)×0,8= 82,08см

Минимальную толщину стенки определяем из условия ее прочности при работе на срез:

t_w,min = 3/2× Q_max/ h R_S γ_c =3/2× 1927,44/190×13,34×1=1,14см

Оптимальную толщину стенки балки определяем по формуле:

t_w,min = 7+ 3h = 7 + 0,003 ×1900= 12,7 мм

Толщина стенки должна быть согласована с толщинами проката листовой стали. Итак, принимаем t_w = 14 мм

h_opt = K_ƒ √ W_x,необх /t_w = 1,15√31414,52/1,14=186,10см

W_x,необх = М_max/ R_S γ_c =7225,34×10²/23×1=31414,52см³

Выбирая стандартную ширину прокатной стали по ГОСТ 19903-74*, окончательно принимаем высоту стенки h_w = 200см; высоту балки, отождествляя ее с высотой стенки, принимаем, пока, h = 200см.

A_ƒ = (W_x,необх/h) – (t_w ×h/6)=(31414,52/200) – (1,4×200/6)=110,47см²

Принимаем ширину пояса:

b_ƒ =0,3 ×h= 0,3×200=60см

тогда толщина пояса

t_ƒ= A_ƒ / b_ƒ =110,47/60=1,85см

Используя стандартные толщины прокатной листовой стали, окончательно принимаем t_ƒ= 2см

 

Рис. Схема принятого сечения

Геометрические характеристики сечения:

Момент инерции:

I_x = t_w×h_w/12 + 2 b_ƒ× t_ƒ×(h - t_ƒ/2)²=1,4×200³/12 +2 ×2×60× 92,05²=2969111,7см⁴

Момент сопротивления:

W_x= J_x: h/2 = 2 J_x/h=2×2969111,7/186,10=31908,7 см³

A= b_ƒ× 2t_ƒ+ t_w×h_w=2×2×60+1,4×200=520см²

Объем одного погонного метра длины балки:

V= A×1= 520×100=52000см³=0,0520м³

Предельное значение нагрузки от собственного веса определим по формуле:

q_m^cв=V× p × γ_ƒm× γ_n=0,0520×78,5×1,05×1=4,28 кН/м

где p – плотность стали, равная 7850кг/м³.

М_max = (q_fic + q_m^ГБ) ×L² / 8=(156,1+4,28)×19²/8=7237,15кНм

Q_max =(q_fic + q_m^ГБ)× L / 2==(156,1+4,28)×19/2=1523,6кН

Выполним проверку подобранного сечения:

1.Проверка прочности:

Ɠ= М_max/ W_x R_ƒ γ_c =7237,15×10²/31908,7×23=0,98<1

Условия выполняются, данное сечение проходит по прочности.