Расчёт и конструирование элементов балочной клетки и поддерживающих её конструкций. Компоновка конструктивной схемы балочной клетки

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-строительный институт

Кафедра: Строительные конструкции

Дисциплина: Металлические конструкции

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Расчёт и конструирование элементов балочной клетки и поддерживающих её конструкций

Пояснительная записка

Преподаватель:                       __________ __                         

                                                                                                             ^{дата, подпись                                                                      фамилия, инициалы}

Студент:     037047                  __________ __                         

                                  ^{шифр                                                       дата, подпись                                                                                фамилия, инициалы}   

Красноярск 2010 г

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение

Такие системы широко применяются для рабочих и технологических площадок, в междуэтажных перекрытиях многоэтажных промышленных и гражданских зданий, в пролётных строениях эстакад, галерей и мостов. Опираются они на основные конструкции здания или специальные колонны. В последнем случае неизменяемость и устойчивость конструкций обеспечиваются либо креплением их к основным колоннам здания, либо вертикальными связями, либо жёстким сопряжением колонн с балками площадок.

Исходными данными для проектирования служат:

-  схема балочной клетки и поддерживающих её конструкций;

-  размеры ячейки (пролёты главной балки l_гб и балки настила l_бн);

-  отметка верха настила;

-  нагрузки (постоянные p_n и временные q_n);

- конструктивные требования (тип сопряжения балок между собой и примыкания главных балок к колонне)

-  Заводские соединения – сварные, монтажные – болтовые.

-  Материал – сталь

Исходные данные принимаем в соответствии с шифром 037 047

Пролёт главной балки – 15,5 м

Пролёт балки настила – 8 м

Временная нормативная нагрузка – 13,7 кН/м²

Постоянная нормативная нагрузка – 0,5 кН/м²

Отметка верха настила – 6,5 м

Вылет консоли главной балки – 1,25 м

Тип сопряжения балок – этажное

2. Компоновка конструктивной схемы балочной клетки

Шаг балок настила в пролёте 1-2 принимаем 1550 мм, а в 2-3 принимаем 1396 мм.

Конструктивная схема балочной клетки приведена на рис. 2.1

Рис 2.1: а – балочная клетка нормального типа, б – сопряжение балок этажное

3. Расчёт стального настила

За расчётный пролёт настила l_н принимается расстояние между балками настила.

Расчётный пролёт настила l_н = 1550мм. Материал настила – сталь С245 [2, табл. 50*]. Вертикальный предельный прогиб f_u = l_н/128,25 (подсчитан по линейной интерполяции). Сварка элементов – полуавтоматическая в среде углекислого газа; сварочная проволока – Св-08Г2С [2, табл. 55*], положение швов – нижнее.

Расчёт настила

Нормативная нагрузка на 1 м² настила

q_n,н = q_n + p_n = 13,7 + 0,5 = 14,7кН/м²

Толщина настила при вертикальном предельном прогибе f_u = l_н/128,25

Настил проектируем из листовой рифлёной стали (ГОСТ 8568-77*); t_н = 10 мм; ширина листов 1500 мм.

Растягивающее усилие на 1 см настила

Н = γ_f ∙ (π² /4) ∙ [f_u / l_н] ² ∙E₁ ∙ t_н = 1,2(3,14² / 4) ∙[1/128,25]² ∙2,06 ∙10⁵ ∙10^-1 ∙1 = 3,7 кН/см.

Расчётный катет углового шва, прикрепляющий настил к балкам настила:

при расчёте по металлу шва

k_f = H / β_f ∙ l_w ∙ R_wf  ∙ γ_wf  ∙ γ_c = 3,7 / 0,9 · 1 · 215 · 10^-1 · 1 · 1 = 0,19 см где β_f = 0,9 по [2, табл. 34*] при катетах швов k_f = 3 – 8мм; R_wf = 215МПа [2, табл.56*]; γ_c = 1 [1, табл. 6*];

при расчёте по металлу границы сплавления

k_f = H / β_z ∙ l_w ∙ R_wz ∙ γ_wf  ∙ γ_c = 3,7 / 1,05 · 1 · 166,5 · 10^-1 · 1 · 1 = 0,21 см где β_z = 1,05 по [2, табл. 34*] при катетах швов k_f = 3 – 8мм;

R_wz = 0,45R_un = 0,45 · 370 = 166,5МПа (R_un = 370МПа – временное сопротивление разрыву стали С245 [2, табл.51*]); γ_wz и γ_c = 1 [2, п. 11,2*];

Принимаем катет углового шва, крепящий настил к балкам настила, k_f = 4мм [2, табл.38*].

4. Расчёт балки настила

Балки настила проектируют прокатными из двутавров по ГОСТ 8239-89 или двутавров с параллельными гранями полок типа Б по ГОСТ 26020-83, которые наиболее удобны в конструктивном отношении.

Исходные данные

Балки настила – прокатные, из двутавров по ГОСТ 26020-83, тип Б; пролёт l_бн = 8м. Материал – сталь С245 по ГОСТ 27772-88* [2, табл. 50*] с R_y = 240МПа при t = 2…20 мм [2, табл. 51*]; R_s = 0,58 ∙R_y = 0,58 ∙R_y = 139,2МПа

Нормативная нагрузка на 1 пог.м балки

q_n,бн = (q_n + p_n + q_n1) · a + q^св_n,бн = (13,7 + 0,5 + 0,81) ∙1,5 + 0,27 = 23,54кН/м где q_n = 13,7кН/м² и p_n = 0,5кН/м² – соответственно временная и постоянная нормативные нагрузки на балочную клетку по заданию;

q_n1 = m_н ∙9,81 ∙10^-3 = 83 ∙9,81 ∙10^-3 = 0,81кН/м² – вес 1м² настила

(здесь m_н= 83кг/м² по [6 прил.3,табл.2)]; а = 1,55м – шаг балок настила в пролёте 1-2

q^св_n,бн = 28 кг/м – масса 1 пог.м балки настила (ориентировочно для балки настила принят I 26Б1, см. [6, прил.4]).

Расчётная погонная нагрузка на балку

q_бн = (q_n ∙ γ_f1 + p_n ∙γ_f2 + q_n1 ∙ γ_f3) ∙ a + q^св_n,бн ∙γ_f3 = (13,7 ∙1,2 + 0,5 ∙ 1,1 + 0,81 ∙ 1,05) ∙ 1,55 +  + 0,27 ∙1,05 = 27,94 кН/м, где γ_f1 = 1,2, γ_f2 = 1,1, γ_f3 = 1,05 – коэффициенты надёжности по нагрузке соответственно для временной и постоянной нагрузок по заданию и для нагрузки от собственного веса металлических конструкций [4, табл.1].

СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ БАЛКИ (рис 4.1)

Рис.4.1. Расчётная схема балки настила

КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЁТ БАЛКИ

При изгибе балки в одной плоскости и упругой работе стали номер прокатного профиля определяют по требуемому моменту сопротивления.

W_req = M_max/R_yγ_c , где R_y – расчётное сопротивление стали; γ_c = коэффициент условий работы. γ_c = 1 [2, табл. 6*]. В соответствии с принятым типом сечения по сортаменту выбирают ближайший номер профиля, у которого W  W_req;

Определим требуемый момент сопротивления сечения балки при условии работы её материала в упругой стадии

W_req = M_max/R_yγ_c = 223,55 ∙10² / 240 ∙10^-1 ∙1 = 931,44см³

По сортаменту [6, прил.4] принимаем двутавр 45Б1 и выписываем его геометрические характеристики:

W_xn = 1125см³; I_x = 24940 см⁴; S_x = 639,5см³; h = 44,3см; b_f = 18см; t_f = 1,1cм; t_w = 0,78 см; m_бн = 59,8кг/м.

Учитывая, что при подсчёте расчётных усилий нагрузка от собственного веса балки настила принималась приближённо, следует выполнить корректировку расчёта с учётом фактического собственного веса.

Уточнённые значения нагрузки и усилий в балке настила:

q_n,бн = (13,7 + 0,5 + 0,81) ∙1,55 + 59,8 ∙ 9,81 ∙ 10^-3 = 23,86 кН/м

q_бн = (13,7 ∙1,2 + 0,5 ∙ 1,1 + 0,81 ∙1,05) ∙1,55 + 59,8 ∙9,81 ∙10^-3 ∙ 1,05 = 28,25 кН/м

M_n,max = 23,86 ∙8² / 8 = 190,87 кН·м;           M_max = 28,25 · 8² / 8 = 225,97 кН·м;

Q_max = 28,25 ∙ 8 / 2 = 112,99 кН.

Следующим этапом конструктивного расчёта является проверка несущей способности балки подобранного профиля. Эта проверка соответствует первой группе предельных состояний, выполняется на расчётные нагрузки и включает проверки на прочность, общую устойчивость балки и местную устойчивость элементов балки.

Прочность балки настила (рис 4.1) проверяем в середине её пролёта (M = M_max) и на опоре