Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине: «Строительные конструкции»

Содержание стр

Исходные данные 3

1. Выбор стали для несущей конструкции 3

2. Расчет настила и подбор сечения балки настила 3

3. Расчет и конструкция главной балки 6

Определение расчетных усилий и назначение расчетной схемы 6

Конструкционный расчет 6

Проверка несущей способности балки 9

4. Расчет колонн К1 11

Выбор расчетной схемы 11

Компоновка сечения колонны 11

Расчет базы колонны 15

Расчет траверсы 17

Расчет оголовка колонны 18

Список использованной литературы 20

Приложение — 2листа ф. А-2.

 

Исходные данные.

L=6м, L =3м, L =12м, L =3м, а=1м, H=8,2м, Q=900кг/м2=9000Н/м2

Внимание!

Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ работы №3457, цена оригинала 1000 рублей. Оформлена в программе Microsoft Word.

Оплата. Контакты.

1. Выбор стали для несущей конструкции.

Настил и балки настила выполним из стали С 235 Ry= 230 МПа

Rип= 360 МПа; γf = 1,2 к-т надежности для временной нагрузки.

= 1 – к-т условия работы

— предельный относительный прогиб настила.

Настил привариваем к балкам электродами Э42А с

Rnf = 100 мПа; Rwz = 0,45•360 = 162 мПа.

2. Расчет настила и подбор сечения балки настила.

Шаг балок задан = 1 м.

Определим толщину настила

, где

ln – пролет настила

tn – толщина настила

— допустимое (нормативное) отношение пролета настила к его предельному

прогибу d = 150.

— модуль упругости при отсутствии поперечной деформации, где

Е = 2,06 • 105 МПа – модуль продольной упругости для выбранного материала

ν = 0,3 – к-т Пуассона

м

В соответствии с сортаментом назначаем tn= 6мм

Определим нагрузку, действующую на балку настила для каждого варианта

γfg = 1,05 к-т надежности по нагрузке для собственного веса нагрузки.

qn = (pn + qn) • ln+ ln • tn • γm

q= (pn• γf + qn• γf ) •ln+ ln • tn • γm • γf

qn = (0 + 9) •1+1 • 0,006 • 78,5 = 9,47 кН/м

q= (0 + 9• 1,2) •1+ 1 • 0,0006 • 78,5• 1,05 = 10,84 кН/м

Определим максимальное значение изгибающего момента

кН/м

кН

Определим требуемый момент сопротивления балки настила по формуле

и соотвеств. номер двутавровой балки

см3,

номер балки 22 (W = 232 cм3, J = 2550 см3).

Устойчивость балок не проверяем т.к. передача нагрузки происходит через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный. Проверка местной устойчивости поясов и стенки прокатных балок также не требуется, т.к. она обеспечена принятой толщиной элементов из условий прокатки.

Проверку жесткости балки проводим по формуле

,где

— предельный прогиб балки таб.19|5|

Определяем расход стали на ячейку рабочей площадки

1 •6 •0,006 •7850 +19 •6 •24 = 3018,6 кг

Силу, растягивающую настил определим по формуле

.

Катет углового шва кf прикрепляющего настил к балкам, выполненного ручной

сваркой, определяем по формуле

,где

Rwz ,Rwf — расчетное сопротивление сварных угловых швов по металлу шва и по

металлу границ сплавления соответственно.

Bf ,Bz – к-ты см. таб. 34|4|

— к-ты условий работы сварного шва

м = 1,4 мм

м = 1,1 мм

С учетом требований таб. 38|1| принимаем мм

3. Расчет и конструирование главной балки.

3.1.Определение расчетных усилий и назначение расчетной схемы.

Расчетная погонная нагрузка на балку

qn = | 9 •6 +6 •0.006 •78.5 +19 •6 •0.24 | •1.02 = 85.8 кН/м

q = | 9 •1,2 •6 +6 •0.006 •78.5 •1,05 +19 •6 •0.24 •1,05 | •1.02 = 103,34 кН/м

кН •м

кН •м

кН •м

Qmax= 620.04 кН

Для главной балки принимаем симметричный сварной двутавр из листового проката. Сталь С 375 ( Ry= 365 МПа при толщине проката t = 2…10 мм; Ry= 345 МПа; при t = 11…20 мм Ry= 325 МПа при t = 21…40 мм). Предельный прогиб балки |fu| = e/225

3.2. Конструктивный расчет.

Требуемый момент сопротивления балки

м3

Высота сечения балки: минимальная по жесткости

,где

tw – толщина стенки

к — к-т, равный для сварных балок постоянного сечения 1,2…1,15

При принятой предварительно толщине стенки 10 мм.

Окончательно принимаем высоту стенки равной 0,75 м, что больше минимальной, примерно равно оптимальной. Одновременно учтем, что вариант сопряжения балок настила с главными балками конструктивно определяется как «в одном уровне».

Выполним проверку минимальной толщины стенки из условия ее работы на срез и сравним с ранее назначенной.

,где

к = 1,2 – с учетом работы поясов

hw – высота стенки, hw = 0,750 м при принятой толщине поясов 20 мм.

Принятая предварительно толщина стенки превышаем минимально допустимую из условия среза.

Принимаем стенку из листа 750 х 10 мм, высоту балки h = 790 мм

Определим требуемую площадь сечения поясов.

,где

h0 = h – 0,5(h – hw) – расстояние между центрами тяжести полок

h0 = 0,79 – 0,5(0,79 –0,75)= 0,77 м

Jf = J — Jw

м4

м4

Jf = 0,001509 – 0,00035 = 0,001158 м4

м2

Назначаем размеры поясов δf = 0.2 м; tf = 0.02 м;

Af =0.004 м2

Геометрические характеристики принятого сечения балки:

А = 155 см2 – площадь сечения

Jx = 153736.25 см4 – момент инерции сечения

см3 – момент сопротивления

= см3

3.3. Проверка несущей способности балки

Проверка прочности

Проверка общей устойчивости не требуется, т.к. передача нагрузки происходит через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающегося на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный (сопряжение балок «в одном уровне»).

Проверка местной устойчивости полки.

т.е. местная устойчивость сжатого пояса обеспечена.

Устойчивость стенки балки, укрепленной поперечными ребрами жесткости, не требуется проверять при в нашем случае

Из условий п.7,10 |4| при расстояние между основными поперечными ребрами не должно превышать 2,5 hw. В нашем случае 2,5 hw= 2,5 • 750 = 1875 мм. Принимаем шаг ребер 1800 мм.

Т.к высота балки была назначена из условия жесткости, то этот расчет опускаем.

На главной балке Б2 действуют

Примем материал и условия сварки как для балки Б1

При принятой предварительной толщине стенки 10 мм, окончательно принимаем 0,4 м.

Принимаем стенку из листа 410 х 10 => h = 450 мм

h0 = 0,45 – 0,5(0,45 –0,410)= 0,43 м

м4

м4

Jf = 0,000429 – 0,000057 = 0,00037 м4

м2

Назначаем размеры поясов δf = 0,15 м; tf = 0,02 м;

Af =0,003 м2

Геометрическая характеристика принятого сечения балки

А= 0,0101 м2 = 101 см2

см3 – момент сопротивления

см3

Проверка общей устойчивости не требуется по тем же соображениям что и для балки Б1.

Проверка местной устойчивости

т.е. местная устойчивость сжатого пояса обеспечена.

Т.к. расчет на устойчивость стенки балки не проводим.

Шаг ребер 2,5 hw= 2,5 • 450 = 1125 мм.

Принимаем шаг ребер 1000 мм.

4. Расчет колонн К1.

4.1. Выбор расчетной схемы.

Материал колонны – сталь С 245 (Ry= 240 МПа)

Длина колонны l = 7,4 м

Колонна жестко защемлена в фундаменте, опирание балок – шарнирное.

Расчетное усилие, действующее на колонну равно опорной реакции главной балки с учетом собственного веса:

q/ = q + A • 78,5 = 103,34 • 0,01155 • 78,5 = 104,55 кН/м

N = 940,95 кН

4.2. Компоновка сечения колонны.

Задаем гибкость λ = 80. По таблице коэффициентов устойчивости при центральном сжатии условной гибкости φ = 0,686. Коэффициент условия работы колонны γс = 1.

Определяем требуемую площадь поперечного сечения

Принимаем сечение колонны из двух швеллеров № 24

2 • 30,6 = 61,2 см2

Проверяем устойчивость колонны относительно материальной оси Х

Радиус инерции

Гибкость колонны

Приведенная гибкость

Коэффициент продольного изгиба таб. 72|4| φ = 0,907

Проверим принятое сечение стержня на устойчивость относительно материальной оси по фактической гибкости λх

Из расчета видно большое недонапряжение поэтому принимаем сечение из двух швеллеров № 22 с общей площадью 26,7 • 2 = 53,4 см2

Радиус инерции

φ = 0,781 ,тогда

Задаем гибкость ветви λв = 30 . Определяем требуемую гибкость стержня относительно свободной оси y

= =49,94

Отсюда требуемый радиус инерции колонны

и расстояние между центрами тяжести ветвей

где ioy – радиус инерции, сечения ветви относительно собственной оси;

ioy = 2,37 см Aв – площадь сечения ветви Aв = 26,7 см2

Таким образом, ширину колонны назначаем конструктивно с учетом расстояния между ветвями в свету a ≥ 100 для возможной окраски внутренней поверхности стержня и вf – ширины полки ветви, тогда

в = 2вf + а = 2 • 82 +106 = 270 мм

Формируем сечение и определяем его геометрические характеристики

Ав = 26,7 см2; А = 53,4 см2 ; ix = 8,8 см

Jув = 151см4; Jу = 2|151 + 26,7(13,5 – 2,21)2|

Jу = 7108,58см4

iy = 11,53см; λу = 740/11,53 = 64,13; в0 = в – 2z0 = 27,0 — 2 •2,21 = 22,58 см

Принимаем высоту d = (0,5…0,75) в = 18 см и толщину планки td = 1 см.

Момент инерции сечения планки

Расстояние между осями планок

lв = в0в + d = λd •iyв + d = 30 • 2,37 + 18 = 89,1 см

Назначаем расстояние между планками 85 см.

Приведенная гибкость

= = 70 < λх

где n – отношение погонных жесткостей

условная приведенная гибкость

φу = 0,75

Напряжение

Недонапряжение менее 5 % сечение подобрано. Проверяем сечение планок. Присоединение планок осуществляем ручной сваркой электродами Э 42

( Rwf = 180 МПа; Rwf = 0.45 Run = 166 МПа; )

Расчет соединительных планок производим на условную поперечную силу

Принятое сечение планки проверяем на совместное действие силы Т, срезающей планку одной грани, и момент М, изгибающий планку в ее плоскости

Поменяй сопротивление планки

Нормальное напряжение

Касательное напряжение

Равнодействующая напряжений

Проводим расчет швов, соединяющих планку с ветвями колонны.

Расчетная длина швов, прикрепляющих одну планку, равна 18 – 1 = 17 см. Угловой шов проверяем на условный срез, назначаем катет шва 8 мм. Расчетным сечением является сечение по месту сплавления

Bf • Rwf • γwf = 0,7 •180 •1 = 126 < Bz • Rwz • γwz =1,0 • 166 • 1 = 166 МПа

Рассчитывая площадь шва

Аf = Bf • Rf • γf = 0,7 • 0,8 • 19 = 10,64 см2

Момент сопротивления шва.

Касательное напряжение от поперечной силы

от изгиба:

Равнодействующая напряжений

= = 90,5 МПа < 166 МПа

Прочность шва обеспечена.

4.3. Расчет базы колонны.

Передача расчетного усилия на опорную плиту осуществляется через сварные швы, крепящие ветви колонны к траверсам.

Расчетное усилие с учетом веса колонны

N = 940,45 + 2 • 0,21 • 7,4 • 1.05 = 943,7 kH

Бетон под плитой работает на смятие (локальное сжатие). Требуемая площадь плиты базы колонны Аре >

Для бетона класса ниже В 25 Материал фундамента – бетон класса В 10. Для бетона класса В 10 расчетное сопротивление сжатию Rв = 6000 кН/м2. Отношение площади обреза фундамента к площади плиты примем 1,5, тогда расчетное сопротивление смятию (локальному сжатию) равно

а требуемая площадь плиты базы равна

Аре > =

Принимаем размеры плиты

В = 22 + 2 • 11 = 44 см, тогда длина плиты L > 1374/44 = 31,22 см, принимаем L = 47 см с учетом возможности размещения анкерных приспособлений.

Напряжение под плитой

Плита работает на изгиб как пластинка, опертая на соответствующее число кантов (сторон). Нагрузкой является отпор фундамента. В плите имеются три участка. На участке три плита работает по схеме «пластинка, опертая на четыре канта». Соотношение сторон в/а = 27/22 = 1,2 < 2, тогда В = 0,120 таб.6.8 и 6.9 |1|

Изгибающий момент

На участке 4 — плита работает как консоль длиной l = 10 см

M4 =

На участке 2 — плита оперта на три канта. Однако соотношение сторон участка 2 равно 22 /10 = 2,2 > 2.

При таких соотношениях плита работает с вылетом 10 см и, следовательно, момент на участке 2 равен моменту на участке 4.

Максимальный момент определяющий толщину плиты, является момент на участке 4. Требуемая толщина плиты.

Принимаем толщину плиты равной 25 мм.

При заданном классе бетона принятое решение рационально. Снижение толщины плиты возможно при снижении класса бетона и выравнивании изгибающих моментов на участках.

4.4. Расчет траверсы

Считаем в запас прочности, что усилие на плиту передается только через швы, прикрепляющие ветви колонны к траверсам, и не учитываем швы, соединяющие ветви колонны непосредственно с плитой базы. Траверса работает на изгиб как балка с двумя консолями. Высота траверсы определяется из условия прочности сварного соединения траверсы с колонной. Угловые швы рассчитываем на условный срез.

Сварка – полуавтоматическая в среде углекислого газа, материал – сталь С 245. Сварку производим проволокой Св – 08Г2С. Расчетное сопротивление металла шва Rwf =215 МПа, Расчетное сопротивление по металлу границы сплавления Rwf = 166,5 МПа

Коэффициенты = 0,8; = 1,0, Задаемся катетом шва Rf = 12 мм

• Rwf = 0,8 • 215 = 172 > • Rwz = 1 • 166,5 = 166,5

Расчетным сечением являются сечение по металлу границы сплавления. Высота траверсы

hd > где nw – количество сварных швов.

Принимаем высоту траверсы 12 см. Проверяем прочность траверсы как балки с двумя консолями. Моменты в середине пролета.

Md =

Момент сопротивления траверсы.

W =

Напряжение δ =

Сечение траверсы принято.

4.5. Расчет оголовка колонны.

На колонну сверху свободно опираются балки. Для передачи усилия на стержень колонны между ветвями колонны предусматриваем ребро, поддерживающее плиту и передающее нагрузку на ветви колонны.

Ширина опорных ребер 200 мм. На колонну действует продольная сила, равная опорной реакции балки 943,7 кН. Торец колонны фрезерован. Толщину плиты оголовка принимаем равной 14 мм.

Плита поддерживается ребрами, приваренными к стенке колонны. Толщину ребер определяем из условия сжатия

Принимаем толщину ребер tr = 12 мм

Задаемся катетом шва Rf = 10 мм.

Сварка полуавтоматическая в среде углекислого газа, материал – сталь С245. Сварку производим проволокой Св – 08Г2С. Расчетное сопротивление по металла шва Rwf = 215 МПа.

Расчетное сопротивление по металлу границы сплавления Rwf =166,5 МПа.

Коэффициенты = 0,8; = 1,0,

• Rwf = 0,8 • 215 = 172 > • Rwz = 1 • 166,5 = 166,5

Определяем высоту ребра по требуемой длине шва

hr >

Учитывая дефекты в концевых участках шва, полную длину ребра принимаем равной 15 см.

Для наружных колонн К2 расчетное усилие действующее на колонну

Материал колонны сталь С 245(Ry = 240 МПа)

Длина колонны λ = 7,75м

Т.к длина колонн K2 и нагрузка на них меньше чем на колонны K1, то

(учитывая, что методика расчета колонн уже предоставлена, пренебрегаем

некоторым увеличением веса площадки) оставляем принятое сечение K1

для K2 и соответственно упускаем расчетной проверки колонн K2.

Список использованной литературы:

1. Металлические конструкции. В 3 т. Т.1.Элементы стальных конструкций: Уч.пособие для стр. вузов/ В.В.Горев, Б.Ю.Уваров, В.В.Филлипов и др.; Под ред.В.В.Горева.-М.:ВШ,1997.

2. Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций: Уч.пособие для техникумов. В 2 частях. -М.: Техиздат, 2007.

3. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. –М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1990.

4. Дедух А.Д. Альбом чертежей металлических конструкций: Учеб пособие к курсовому и дипломному проектированию для студентов всех форм обучения специальности ПГС.-Челябинск: ЧГТУ, 1995.