Проектирование рабочей площадки (продольный шаг колонны – 21 м, строительная высота перекрытия не более 2,1 м, отметка настила на уровне пола – 13 м)

УЧЕРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕНННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

Кафедра  « Строительные конструкции, основания и фундаменты»

КУРСОВАЯ РАБОТА

« Проектирование рабочей площадки »

По дисциплине «Металлические конструкции»

Выполнил                                                              Проверил студент группы ЗП-52                                          преподаватель

Маслёнченко Д.П.                                                 Прасол В.Д.

Гомель 2010

Содержание

                                                                                                                                                         с.

Исходные данные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3

1. Разработка схемы балочной клетки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  ………3

1.1 Расчет плоского настила. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3

1.2 Определение оптимального шага балок настила . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  ….5

1.3 Подбор сечения балок настила, определение массы стали площадки в кг/м²,        количества сварных швов, м/м² и узлов сопряжения на одну секцию . . . . . . . . . . . . . . . .   7

1.4 Сравнение вариантов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.5 Проверочные расчеты элементов балочной клетки  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……  9

2. Расчет главных балок  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  …....11

2.1 Определение нагрузок и расчетных усилий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  ….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  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   ….21

2.4.3 Узлы сопряжения второстепенных балок с главными  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   …….22

2.5 Расчет стыка главных балок  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . .  .. 23

3 Расчет центрально сжатых колонн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  ……….25

3.1 Стержни сплошных колонн  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..25

3.1.1 колонны из прокатных профилей  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  .. .25

3.2 Стержни сквозных колонн  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..27

3.2.1 Стержни колонн с планками  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . ...27

3.3 Расчет соединительных планок  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  ...28

3.4 Расчет и конструирование оголовка и базы колонны  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  ……..29

3.5 Сравнение вариантов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

Литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

Исходные данные

1.  Продольный шаг колонны – 21,0 м;

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

3.  Отметка настила на уровне пола – 13,0 м;

4.  Поперечный шаг колонн – 3,6 м;

5.  Нормативная нагрузка на площадку – 14,0 кПа;

6.  Сталь – С275 ;

7.  Толщина настила из стали С235 – 14мм;

8.  Коэффициент надежности по нагрузке – 1,25;

9.  Предельный прогиб настила – 1/150.

Материалы конструкций и их расчетные характеристики.

1. Расчетное сопротивление стали:

-  растяжению, сжатию, изгибу установленное по пределу текучести R_у=260Мпа;

-  установленное по временному сопротивлению R_u=370Мпа;

-  сдвигу R_s=(0.58 R_уn )/g_m, где R_уn – нормативное сопротивление стали R_уn =265Мпа

g_m- коэффициент надежности по материалу  g_m=1,1

R_s=139,7Мпа.

2. Расчетное сопротивление угловых швов:

-  по металлу шва R_wf=180.4Мпа;

-  по металлу границы R_wz=165.5Мпа.

1. Разработка схемы балочной клетки

1.1  Расчет плоского настила

Так как нагрузка на настил не превышает 40-50 кПа ( q_н=14 кПа ), а требуемый прогиб не более 1¤150, то его  рассчитывают по второй группе предельных состояний – по жесткости.

Для полосы настила единичной ширины предельное отношение l_н¤t из условия требуемой жесткости определяется следующим выражением :

    , где Е₁=Е¤(1-m²) ; n₀ – величина обратная предельному прогибу n₀=1¤f=150; Е – модуль упругости стали, равный 2,06×10⁵ Мпа ; m - коэффициент Пуассона, равный 0,3; q_н – нормативная нагрузка на настил, кПа.

Получим величину предельного пролета для прогиба f=1¤ 150  (n₀=150)

        ,

Прочность и жесткость настила при принятых его размерах проверяют по формулам:

,

      , где  ;  ;  ;

H–распор, возникающий в настиле шириной 1см;

M – изгибающий момент в настиле с учетом распора;

M₀–балочный изгибающий момент от расчетной нагрузки

M₀=nq_nl²¤8     ;

f₀–балочный прогиб настила от нормативной нагрузки;

n – коэффициент перегрузки;

E₁I – цилиндрическая жесткость;

I=lt³¤12                    ;

a - величина, определяемая из кубического уравнения

a(1+a)²=3f₀² ¤t².

Принято l_н=145 см.

Вычисляем:  кПа×м² ;

Балочный прогиб и момент при q_n=19×1=19 кН¤м:

 см;

M₀=1,25×19×1,45²¤8=6,24 кН×м .

Из уравнения   a(1+a)²=3×2,11² ¤1,4²=6,814 находим a=1,294

Изгибающий момент и прогиб с учетом распора:

 кН×м,   см.

Относительный прогиб  .

Распор на единицу ширины настила

 Н¤см;

Напряжения в настиле

Толщина одностороннего шва, прикрепляющего настил к балкам, рассчитывается на распор Н=3929 Н¤см.

Для полуавтоматической сварки коэффициенты формы b_f=0,7 , b_z= 1,0; расчетные сопротивления R_wf=180 Мпа, R_wz =0,45×365=164 Мпа.

Так как R_wzb_z > R_wfb_f  (164>126), то расчет ведем по сечению металла шва.

Катет шва мм

Принято k_f  =5мм   ( по таблице 38^* [1] ).

1.2 Определение оптимального шага балок настила

Для нормальной балочной клетки:

-шаг вспомогательных  балок с плоским настилом

b_вб =l_н+а=1,45+0,05=1,5м   (а=2-5см)(ШАГ ПОДБИРАТЬТАК ЧТОБЫ УКЛАДЫВАЛСЯ ЛИСТ НЕ РАЗРЕЗАЯ ЕГО у меня что-то нетто  хотя как подругому не знаю)

n=L/b_вб=4,5/1,5=3, n=3

-шаг второстепенных балок с ребристым настилом

м

n=L/b_вб=4,5/1,44=3,1, n=3

3×1,5=4,5м.

Рисунок-1 Балочная клетка плоского настила

Подбор сечения ребра:

 кН¤м

 кН×м

см³

см

см

Принимаем размеры ребра 90´14 мм.

Рисунок 2- Сечение ребра ребристого настила

1.3 Подбор сечения вспомогательных балок и балок настила, определение массы стали площадки в кг/м², количества сварных швов, м/м² и узлов сопряжения на одну секцию

ПОДБОР СЕЧЕНИЯ БАЛКИ НАСТИЛА

Подбираем для нормальной  балочной клетки с плоским настилом.

Балка настила подбирается только в упругой стадии.

Расчетная нагрузка требуется для подбора сечения

 кН¤м.

Прочность балки в упругой стадии обеспечивается если

 кН×м

g_с=1,1

см³.

Принимаем: I №14, W_x=81,7 см³, масса 1м длины 13,7кг

Т.к. шаг вспомогательных балок настила для нормальной балочной клетки с ребристым и плоским  настилом равен, то принимаем данную балку для двух типов настила.

ПОДБОР СЕЧЕНИЯ ВТОРОСТЕПЕННОЙ БАЛКИ

Подбираем для нормальной  балочной клетки с плоским настилом.

Второстепенная балка подбирается в упругой стадии и в упруго-пластичной стадии.

Расчетная нагрузка требуется для подбора сечения

 кН¤м.

Прочность балки в упругой стадии обеспечивается если

 кН×м

g_с=1,1

см³.

Принимаем: I №36, W_x=81,7 см³, масса 1м длины 48,6кг

Т.к. шаг второстепенных балок для нормальной балочной клетки с ребристым и плоским  настилом равен, то принимаем данную балку для двух типов настила.

Количество сопряжений в одном уровне равно 56.

1.4 Сравнение вариантов

Тип сопряжения при заданной высоте площадки можно установить имея высоты балок.

Высоту главной балки найдем по формуле  см

,   ,     кН¤м

 кН×м

см³

см, сопряжение балок в одном уровне.

Подсчитываем расход стали, кг/м², на прокатные балки и ребра:

Для нормальной балочной клетки с плоским настилом:

m_б=13.7/1,5+48,6/2,2=31,22 кг/м²,

m_н=7850×(1×1×0,014)=109,9 кг/м².

m=31,22+109,9 =141,12 кг/м².

Количество сварных швов, м/м²  для крепления настила к балкам двумя швами:  m_б=2/1,5+2/2,2=2,24м/м²

Для нормальной балочной клетки с ребристым настилом:

Масса ребра 0.09х0.014х1мх7850=9,89кг/м

m_б=9.89/1,5+13.7/1,5+48,6/2,2=37.8 кг/м²,

m_н=7850×(1×1×0,014)=109,9 кг/м².

m=37,8+109,9 =147.7 кг/м².

Количество сварных швов, м/м²  для крепления настила к балкам двумя швами:  m_б=2/1,5+2/2,2=2,24м м/м²

и для крепления ребер к настилу одним швом:

m_р=1/1,5=0,67м/м²

Таблица1Сравнение вариантов

Из рассматриваемых вариантов к дальнейшим расчетам принимаем нормальный тип балочной клетки с плоским настилом т.к. он обладает меньшей массой (более чем на 3%).

1.5 Проверочные расчеты элементов балочной клетки

Проверим условие жесткости для вспомогательной балки

Для проверки условия жесткости требуется нормативная нагрузка:

 кН¤м.

Относительный прогиб должен удовлетворять условию:

,

I_x=572 см⁴

Сечение вспомогательной балки удовлетворяет условию жесткости.

Проверим условие жесткости для второстепенной балки

Для проверки условия жесткости требуется нормативная нагрузка: