Расчет балочной клетки металлоконструкции здания (продольный шаг колонны – 17м, строительная высота перекрытия не более – 1,6м)

Содержание

Содержание. 2

Исходные данные. 3

1. Разработка схемы балочной клетки нормального типа. 4

1.1 Расчет плоского и ребристого стального настила. 4

1.2 Определение оптимального шага балок настила. Подбор сечения балок  настила, определение массы стали площадки в кг/м², количества сварных швов, м/м² и узлов сопряжения на одну секцию.. 5

1.3 Сравнение вариантов. 8

1.4 Проверочные расчеты элементов балочной клетки. 9

2. Проектирование главной балки. 11

2.1 Определение нагрузок и расчетных усилий. 11

2.2 Компоновка сечения главной балки. 11

2.3 Проверочные расчеты балки. 15

2.4  Расчет деталей сварной балки. 20

2.4.1 Расчет поясных швов. 20

2.4.2 Проектирование опорного ребра балки. 20

2.4.3 Узлы сопряжения второстепенных балок с главными. 21

3. Проектирование колонн. 22

3.1 Подбор сечения центрально-сжатой сплошной колонны из трех двутавров, трубы, двух уголков, трех листов. 22

3.2 Подбор сечения сквозной колонны. Сравнение вариантов. 25

3.3 Расчет и конструирование оголовка и базы с траверсой. 28

Литература. 31

Исходные данные

1.  Продольный шаг колонны – 17м;

2.  Строительная высота перекрытия не более – 1,6м;

3.  Отметка настила на уровне пола – 10,4м;

4.  Поперечный шаг колонн – 3.5м;

5.  Нормативная нагрузка на площадку – 30кПа;

6.  Сталь – С235;

7.  Толщина настила из стали С235 – 14мм;

8.  Коэффициент надежности по нагрузке – 1,2;

9.  Предельный прогиб настила – 1/200.

Модуль упругости стали

Коэффициент Пуассона

Характеристики стали С 235 (табл. 51 СНиП [1]):

; ; ; .

1. Разработка схемы балочной клетки нормального типа

1.1 Расчет плоского и ребристого стального настила

По данным предельный прогиб составляет , значит вычисление пролёта настила определяется по формуле:

Принимаем

Вычисляем цилиндрическую жёсткость  по формулам:

                                     ; 

Балочный прогиб и момент при

Балочный прогиб настила от нормативной нагрузки:

.

Балочный изгибающий момент от расчётной нагрузки:

Из уравнения   находим

Изгибающий момент и прогиб с учетом распора:

;

.

Относительный прогиб  .

Распор на единицу ширины настила:

.

Напряжения в настиле:

Из расчета видно, что предельным состоянием плоского настила является жесткость, а не прочность.

Толщина одностороннего сварного шва, прикрепляющего настил к балкам, рассчитывается на распор .

Для полуавтоматической сварки принимаем по СНиП [1] :

Электрод Э42 (т.55), , ; (т.56), (т.51).

Так как , то расчет ведем по сечению металла шва.

Катет шва:

Принимаем  по СНиП [1] (т. 38)

1.2 Определение оптимального шага балок настила. Подбор сечения балок настила, определение массы стали площадки в кг/м², количества сварных швов, м/м² и узлов сопряжения на одну секцию

Сталь С 235 (таб. 51 СНиП [1]):

;  ;  ;  .

 по (таб. 6 СНиП [1]).

Для нормальной балочной клетки:

     - шаг второстепенных балок с плоским настилом:

        b_вб =l_н+а=1+0,05=1,05м   (а=2-5см)

        n=L/b_вб=17/1,0=17, n=17

        16×1,05=16,8 м

   - шаг второстепенных балок с ребристым настилом:

 Увеличиваем шаг второстепенных балок на 35% и устанавливаем ребра настила

b_вб=1500 мм.

        n=L/b_вб=17/1,5=11,33, n=12

        11×1,5=16,5м

Подбор сечения ребра:

 кН¤м

 кН×м

см³

см

см

Принимаем размеры ребра 14´90 мм

Для нормальной балочной клетки с плоским настилом

Подбор сечений прокатных балок в упругой стадии работы с учетом развития пластических деформаций производим используя условие прочности. Предварительно находим расчетную погонную нагрузку:

 кН¤м

Прочность балки в упругой стадии обеспечивается если

 кН×м,  g_с=1,1

см³

Принимаем: I №22, W_x=232 см³, масса 1м длины 24 кг

Расчет в пластической стадии работы изгибаемых балок ведем по формуле:

, где с принимаем по таблице 66 [1] с=1,07:

см³

Принимаем: I №22, W_x=332 см³, масса 1м длины 24 кг

Соотношение площадей пояса и стенки для двутавра:

По интерполяции находим с (табл.66):

Принимаем с=1,09

Проверяем напряжения

, прочность обеспечена.

Количество сопряжений в одном уровне равно 28.

Для нормальной балочной клетки с ребристым настилом

Предварительно находим расчетную погонную нагрузку:

 кН¤м

Прочность балки в упругой стадии обеспечивается если

 кН×м,  g_с=1,1

см³

Принимаем: I №27, W_x=371 см³, масса 1м длины 31,5 кг

Расчет в пластической стадии работы изгибаемых балок ведем по формуле:

, где с принимаем по таблице 66 [1] с=1,07:

см³

Принимаем: I №27, W_x=371 см³, масса 1м длины 31,5 кг

Проверяем прочность балки в упругой стадии для  I №27:

,

 МПа, прочность обеспечена, т.к. перенапряжение не более 5%.