ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЛОЧНОЙ ПЛОЩАДКИ

пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку»

Проверил:

____________А. В. Кириллов

«______» __________ 2022 г.

Студент группы 8071

___________ Гафуров М.М.

«______» __________ 2022 г.

Великий Новгород

СОДЕРЖАНИЕ

1. Исходные данные ……………………..………………………………….
2. Выбор основных расчетных характеристик ……………………………
3. Расчет стального настила ……………………………………………..…
4. Расчет вспомогательных балок и балок настила ……………………….
4.1. Нормальный вариант балочной площадки …………………………...
4.2. Усложненный вариант балочной площадки ………………………….
5. Сравнение вариантов балочной площадки ……………………………..
6. Расчет и конструирование главной балки ………………………………
6.1. Расчетная схема. Расчетные нагрузки и усилия ……………………....
6.2. Определение высоты балки …………………………………………....
6.3. Подбор сечения балки ……………………………………………….....
6.4. Проверка прогиба балки …………………………………………….....
6.5. Расчет изменения сечения балки по длине ………………………...….
6.6. Расчет соединения поясов балки со стенкой ………………………….
6.7. Проверка общей устойчивости балки ………………………………....
6.8. Проверка местной устойчивости стенки балки …………………...….
6.9. Расчет опорной части балки ……………………………………….......
6.10. Расчет и конструирование монтажного стыка балки …………….....
7. Расчет и конструирование колонны …………………………………….
7.1. Расчетная схема. Расчетное усилие …………………………………...
7.2. Подбор сечения колонны …………………………………..………......
7.2.1. Подбор сечения сплошной колонны ………………………………...
7.2.2. Подбор сечения сквозной колонны ………………………………....
7.2.3. Выбор типа сечения колонны ………………………………….....….
7.3. Расчет соединительных планок ………………………………….....…
7.4. Расчет оголовка колонны …………………………………..……….....
7.5. Расчет базы колонны ……………………………………..……...……..
Список литературы ……………………………………..…………………..

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

· Пролет главной балки L₁– 21 м;

· Шаг главных балок l – 5,5 м;

· Максимальная строительная высота перекрытия h_стр – 3,2 м;

· Пролет главной балки L₂– 8 м;

· Отметка верха настила h_вн– 9,9 м;

· Нормативная временная нагрузка – 27 ;

· Класс бетона фундамента – В20;

· Сталь – С390.

2 ВЫБОР ОСНОВНЫХ РАСЧЕТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Для стали С390:

(табл. В.5 [1]);

(табл. 2 [1]) – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности;

(табл. 2 [1]) – расчетное сопротивление сдвигу.

Принимаем по табл. Г.1 [1] сварочную проволоку Св – 08ГА:

(табл. Г.2 [1]) – расчетное сопротивление соединения с угловыми швами срезу по металлу шва;

(табл. 4 [1]) – тоже, по металлу границы сплавления;

(табл. 4 [1]) – расчетное сопротивление стыкового соединения растяжению и изгибу при отсутствии физического контроля качества шва.

Коэффициент условий работы во всех случаях равен 1 (табл. 1 [1]).

3 РАСЧЕТ СТАЛЬНОГО НАСТИЛА

В качестве настила балочной площадки при распределенной нагрузке используем стальные листы толщиной .

Отношение пролета настила к его толщине при работе настила на изгиб с распором определяем по формуле:

где (табл. Е.1 [2]) – отношение пролёта настила к его предельному прогибу (определено по линейной интерполяции);

– 27 – заданная нормативная нагрузка на настил;

– цилиндрическая жёсткость настила, определяемая по формуле:

где (табл. Г.10 [1]) - модуль упругости стали;

(табл. Г.10 [1]) – коэффициент поперечной деформации стали.

Определяем пролёт настила:

Назначаем шаг балок настила (с учётом размеров их поясов):

Принимаем

Определяем усилие на единицу длины сварного шва, прикрепляющего лист к балке настила:

где (п. 8.2.2 [2]) – коэффициент надежности по временной распределенной нагрузке на площадку.

Расчетный катет углового шва, прикрепляющего настил к балкам, определяем по наибольшему значению, найденному по формулам:

при расчете по металлу шва

при расчете по металлу границы сплавления

где – расчетная длина шва;

(табл. 39 [1]) – коэффициенты, принимаемые для механизированной сварки в нижнем положении.

Принимаем катет шва (с учетом табл. 38 [1])

4 РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ БАЛОК И БАЛОК НАСТИЛА

4.1 Нормальный вариант балочной площадки

Рис. 1. Нормальный вариант балочной площадки

Нормативная нагрузка на 1 пог. м балки настила:

где 1,02 – коэффициент, учитывающий собственный вес балки настила;

– нормативная распределенная нагрузка от стального настила,

здесь – толщина настила;

(табл. Г.10 [1]) – плотность стали.

Расчетная нагрузка на 1 пог. м балки настила:

где (табл. 7.1 [2]) – коэффициент надежности по нагрузке для веса стального настила.

Определяем расчетный изгибающий момент:

где – заданный шаг главных балок.

Определяем требуемый момент сопротивления:

где – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций по сечению.

Из условия обеспечения жесткости вычисляем требуемый момент инерции:

где (табл. Е.1 [2]) – отношение пролета балки настила к ее предельному прогибу.

По сортаменту [4] принимаем прокатный двутавр № 35Б1, у которого , .

Определяем:

– расход металла на 1 площадки:

где – масса 1 пог. м балки настила, принимаемая по таблице сортамента для выбранного двутавра;

– расход металла на площадку

– количество отправочных элементов (балок настила) – 42 шт.

4.2 Усложненный вариант балочной площадки

Рис. 2. Усложненный вариант балочной площадки

Шаг балок настила принимаем такой же, как в нормальном варианте балочной площадки (). Расстояние между вспомогательными балками назначаем .

Расчет балок настила

1) Определяем:

– расчетный изгибающий момент

– требуемый момент сопротивления

– требуемый момент инерции

где (табл. Е.1 [2]) – отношение пролета балки настила к ее предельному прогибу.

2) По сортаменту [4] принимаем прокатный двутавр № 26Б1, у которого , , .

3) Определяем массу балок настила в расчете на площадки:

Расчет вспомогательных балок

1) Определяем:

– нормативную нагрузку на 1 пог. м вспомогательной балки

где 1,02 – коэффициент, учитывающий собственный вес вспомогательной балки;

– расчетную нагрузку на 1 пог. м вспомогательной балки

– расчетный изгибающий момент

– требуемый момент сопротивления

– требуемый момент инерции

2) По сортаменту [4] принимаем прокатный двутавр №50Б1, у которого , , .

3) Определяем массу вспомогательных балок настила в расчете на площадки:

После подбора сечений балок настила и вспомогательных балок вычисляем:

– расход металла на площадки

– расход металла на площадку

– количество отправочных элементов на площадку (балок настила и вспомогательных балок) – 66 шт.

5 СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ БАЛОЧНОЙ ПЛОЩАДКИ

Таблица 1

Сравнение вариантов балочной площадки

Вариант	Расход металла, кг	Количество отправочных элементов, шт.
на площадки	на площадку
Нормальный
Усложненный

Исходя из расхода стали и трудоемкости монтажа, для дальнейшей разработки принимаем нормальный вариант балочной площадки.

6 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ГЛАВНОЙ БАЛКИ

6.1 Расчетная схема. Расчетные нагрузки и усилия

В случае опирания на главную балку более 5 балок настила нагрузку допускается принимать равномерно распределенной, т. е. использовать расчетную схему, приведенную на рис. 3.

Рис.3 Расчетная схема главных балок

Вычисляем погонные нагрузки на главную балку:

– нормативная

– расчетная

где 1,03 – коэффициент, учитывающий собственный вес главной балки;

– расход металла на площадки, принимаемый по табл. 1 в зависимости от выбранного варианта балочной площадки.

Определяем расчетные усилия:

6.2 Определение высоты балки

1) Для пролета

Максимальную высоту балки определяем исходя из заданной высоты перекрытия и его конструкции. При принятом поэтажном сопряжении балок:

где – толщина настила;

– высота балки настила;

(табл. Е.1 [2]) – отношение пролета главной балки к ее предельному прогибу при высоте балочной площадки более 6 м.

Минимальную высоту балки рассчитываем из условия обеспечения жесткости при полном использовании расчетного сопротивления стали:

Для первоначальных прикидок оптимальную высоту сварной балки переменного сечения вычисляем по формуле:

где – требуемый момент сопротивления сечения балки:

Задаемся толщиной стенки и уточняем значение оптимальной высоты балки:

где – коэффициент, принимаемый для сварных балок

Окончательно высоту балки назначаем .

2) Для пролета

где (табл. Е.1 [2]) – отношение пролета главной балки к ее предельному прогибу при высоте балочной площадки более 6 м.

Задаемся .

Принимаем .

6.3 Подбор сечения балки

Минимальную толщину стенки w t определяем из условия работы ее на касательные напряжения на опоре по формуле

Момент инерции стенки балки:

где – предварительно принятая высота стенки балки.

Момент инерции, приходящийся на поясные листы:

Требуемая площадь сечения одного поясного листа:

где – расстояние между центрами тяжести поясов.

Задавшись по сортаменту (прил. 1 [3]) толщиной пояса , находим его требуемую ширину:

При назначении ширины пояса необходимо учитывать следующие рекомендации:

– из условия обеспечения общей устойчивости балки

– по конструктивным соображениям ;

– по расчету

– из условия равномерного распределения напряжений по ширине пояса

– из условия обеспечения местной устойчивости пояса

Назначаем ширину пояса (прил. 1 [3]).

Определяем геометрические характеристики сечения (рис. 4):

– площадь пояса

– площадь стенки

где

– момент инерции стенки

– момент инерции балки

где

– момент сопротивления

Производим проверку прочности принятого сечения:

Недонапряжение:

6.4 Проверка прогиба балки

Проверяем прогиб балки:

– предельный прогиб главной балки.

6.5 Расчет изменения сечения балки по длине

Сечение балки, подобранное по максимальному моменту, изменяем за счет уменьшения ширины поясов на расстоянии примерно пролета балки от опоры, т. е.

Расчетные усилия в месте изменения сечения:

Исходя из прочности стыкового шва нижнего пояса определяем требуемый момент сопротивления:

Тогда требуемые геометрические параметры сечения будут:

– момент инерции балки

– момент инерции, приходящий на пояса

– площадь одного пояса

– ширина пояса

При назначении ширины измененного сечения пояса учитываем следующие требования:

Принимаем (прил. 1 [3]).

Определяем геометрические характеристики измененного сечения:

– площадь пояса

– момент инерции

– момент сопротивления

– статический момент пояса относительно нейтральной оси сечения балки

– статический момент полусечения балки

Производим проверку прочности по максимальным растягивающим напряжениям по стыковому шву нижнего пояса (точка А на рис. 6):

Проверяем прочность в месте изменения сечения по наибольшим приведенным напряжениям на грани стенки (точка В) с учетом :

где – нормальное напряжение в срединной плоскости стенки, параллельное оси балки;

– касательное напряжение.

Прочность опорного сечения на срез по максимальным касательным напряжениям проверяем по формуле:

Выполняем проверку прочности стенки балки на местное давление:

где – сосредоточенная нагрузка на главную балку от балок настила;

(см. п. 4.1) – расчетная погонная нагрузка на балку настила;

– условная длина распределения нагрузки на стенку балки,

здесь – ширина полки двутавра № 35Б1, принимаемая по сортаменту;

– катет поясного шва.

6.6 Расчет соединения поясов балки со стенкой

Соединение поясов составной балки со стенкой осуществляем двусторонними поясными швами.

Вычисляем расчетное усилие, действующее на поясной шов:

где

– сдвигающее пояс усилие на единицу длины шва;

– давление от балки настила.

В соответствии с п. 14.1.16 [1] требуемый катет поясного шва определяем по наибольшему значению, найденному по формулам:

– при расчете по металлу шва

– при расчете по металлу границы сплавления

где – при двусторонних швах;

(табл. 39 [1]) – коэффициенты, принимаемые для автоматической сварки в положении «в лодочку».

Окончательно катет углового шва принимаем с учетом требований п. 14.1.7 [1]:

a) , где – наименьшая толщина свариваемых элементов;

b) , т. е. не менее значения, указанного в табл. 38 [1].

Принимаем катет углового шва .

6.7 Проверка общей устойчивости балки

Проверяем выполнение условия:

где – расчетная длина балки, равная расстоянию между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений.

Так как и то

Так как ,29 то, согласно п. 8.4.4 [1], устойчивость балки проверять не требуется.

6.8 Расчет опорной части балки

Принимаем опирание главных балок на колонну сверху.

Определяем требуемую площадь опорного ребра из условия смятия его торца:

где – опорная реакция балки для принятой схемы сопряжения главных балок.

Задаемся шириной опорного ребра

Требуемая толщина опорного ребра:

Принимаем толщину опорного ребра

Вычисляем:

– момент инерции опорного ребра

– площадь расчетного сечения, включающего сечение опорного ребра и примыкающей к нему полосы стенки шириной

– радиус инерции

– гибкость опорного ребра

где – расчетная длина опорного ребра

– условную гибкость

– коэффициент устойчивости при центральном сжатии для типа сечения с (табл. Д.1 [1])

Проверяем устойчивость опорной части из плоскости балки как стойки, нагруженной опорной реакцией F:

Катет шва, прикрепляющего опорное ребро к стенке:

где (табл. 39 [1]) – коэффициенты, принимаемые для механизированной сварки в положении «в лодочку».

Принимаем .

Размер выступающей части опорного ребра .

6.9 Расчет и конструирование монтажного стыка балки

Делим главную балку пролетом на две отправочные марки, соединение которых осуществляется на высокопрочных болтах. Стык выполняем на расстоянии x¢¢ = 10,5 м от опоры балки (рис.9).

Рис. 9. Определение места стыка

Действующие в месте расположения стыка расчетные усилия:

Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой плоскостью трения элементов, стянутых одним высокопрочным болтом:

где (табл. 42 [1]) – коэффициент надежности для газопламенного без консервации способа обработки соединяемых поверхностей при контроле натяжения болтов по моменту закручивания при разности номинальных диаметров отверстий и болтов d = 3 мм при статической нагрузке;

(табл. 42 [1]) – коэффициент трения для газопламенного без консервации способа обработки соединяемых поверхностей;

(табл. Г.9 [1]) – площадь сечения болта диаметром d = 20 мм по резьбе;

(табл. Г.8 [1]) – расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта из стали 40Х.

Расчет стыка поясов

Расчетное усилие, действующее на соединение:

где – изгибающий момент, воспринимаемый стенкой балки.

Определяем количество болтов в стыке поясов на полунакладке:

где – количество плоскостей трения соединяемых элементов;

– коэффициент условий работы фрикционного соединения при числе болтов n ³ 10.

Принимаем болта.

Каждый стык поясов балки перекрываем тремя накладками с двух сторон (рис. 10):

с наружной – сечением

с внутренней – сечением

Размеры накладок приняты с таким расчетом, чтобы суммарная площадь сечения накладок была не меньше площади пояса:

Проверяем ослабление накладок отверстиями под болты в середине стыка:

где – количество болтов в одном ряду;

– диаметр отверстия для болта.

Расчет стыка стенки

Стык стенки перекрываем двумя вертикальными накладками из листа толщиной t = 10 мм.

Задаемся расстоянием между рядами болтов по вертикали a = 90 мм.

Определяем число болтов в одном вертикальном ряду:

где – расстояние между крайними по высоте рядами болтов,

здесь (табл. 40 [1]) – минимальное расстояние от центра отверстия для болта до края накладки;

(табл. 40 [1]) – максимальное расстояние от центра отверстия для болта до края накладки.

Проверяем прочность стыка стенки по усилию, действующему на наиболее нагруженные болты:

где – число вертикальных рядов болтов с одной стороны стыка стенки;

– сумма квадратов расстояний между парами симметрично расположенных болтов (рис. 10).

Рис. 10 Монтажный стык балки

6.10 Проверка местной устойчивости стенки балки

Вычисляем условную гибкость стенки балки:

Так как , то стенку балки в соответствии с п. 8.5.9 [1] необходимо укреплять поперечными ребрами жесткости.

Так как условие

выполняется, то расстояние между осями поперечных ребер жесткости допускается принимать не более

Назначаем парные симметричные поперечные ребра жесткости шириной

Принимаем

Толщина ребра Принимаем

Так как при наличии местного напряжения в балках с двусторонними поясными швами , то стенку балки следует проверять на устойчивость.

Расчет на местную устойчивость стенки балки выполняем для двух отсеков (отсек 1 - у опоры; отсек 2 - в середине пролета балки), заключенных между ребрами жесткости и поясами (рис. 11).

Рис. 11. Расстановка ребер жесткости

Определяем расчетные усилия в наиболее характерном сечении под балкой настила:

- отсек 1:

- отсек 2:

Вычисляем нормальные и касательные напряжения в характерном сечении:

- отсек 1:

- отсек 2:

Определяем параметр d:

- отсек 1:

- отсек 2:

где b = 0,8 (тaбл. 13 [1]) – при отсутствии непрерывного опирания плит на сжатый пояс балки.

Проверка местной устойчивости стенки балки в отсеке 1

Так как , то проверка устойчивости стенки балки, укрепленной только поперечными ребрами жесткости, при наличии местного напряжения выполняется по формуле 80 [1].